Extrusió
La extrusió és un procés utilisat per a crear objectes en secció travessera definida i fixa. El material s'espenta o s'extrau a través d'un troquel d'una secció travessera desijada. Les dos ventages principals d'este procés per damunt de processos manufacturados són l'habilitat per a crear seccions travesseres molt complexes en materials que són trencadiços, perque el material solament troba forces de compressió i de cisallament. Ademés les peces finals es formen en una terminació superficial excelent.[1]
En certa mida, es pot fer l'analogia divulgativa d'un material sòlit que ix per la filtre d'una xeringa o matriu que es va movent. Es podria dir que és una espècie d'injecció d'un material.
L'extrusió pot ser contínua (produint teòricament de forma indefinida materials llarcs) o semicontinua (produint moltes parts). El procés d'extrusió pot fer-se en el material calent o fret.
Els materials extruidos comunament inclouen metals, polímero, ceràmiques, formigó i productes que s'usen per a construir.
Història
[editar | editar còdic]En 1797, Joseph Bramah, pioner de l'ingenieria hidràulica, va patentar en Londres, el primer procés d'extrusió per a fer un tubo de plom. Est consistia en el precalentamiento del metal per a després passar-ho per un troquel per mig d'un émbolo a mà. El procés no es va desenrollar del tot fins a 1820, quan Thomas Burr va construir la primera prensa hidràulica. Fins a eixe moment el procés es va cridar squirting. En 1894 Alexander Dick va estendre el procés d'extrusió al coure i aleacions de bronze.[2]
Processos
[editar | editar còdic]El procés comença en el calfament del material. Este es carrega posteriorment dins del contenidor de la prensa. Es coloca un bloc en la prensa de manera que siga espentat, fent-ho passar pel troquel. Si es requerixen propietats especials, el material es pot tractar per mig de calor o treballat en fret.[2]
El ràtio d'extrusió es definix com l'àrea de la secció travessera del material de partida dividida per l'àrea de secció travessera del material al final de l'extrusió. Una de les principals ventages del procés d'extrusió és que este ràtio pot ser molt gran i encara produir peces de calitat.
Extrusió en calenta
[editar | editar còdic]L'extrusió en calenta es fa a temperatures elevades, aixina s'evita el treball forçat i fer més fàcil el pas del material a través del troquel. La majoria de l'extrusió en calenta es realisa en prenses hidràuliques horisontals en camps de pressió entre 250 i 12 000 t, pressions d'entre 30 i 700 Mpa (4400 a 102 000 psi), per lo que és necessària la lubricación, pot ser oli o grafit per a baixes temperatures d'extrusió, o pols de cristal per a altes temperatures d'extrusió. La major desventaja d'este procés és el cost de les maquinàries i el seu manteniment.[1]
| Material | Temperatura [°C (°F)] |
|---|---|
| Magnesi | 350-450 (650-850) |
| Alumini | 350-500 (650-900) |
| Cobre | 600-1100 (1200-2000) |
| Acer | 1200-1300 (2200-2400) |
| Titani | 700-1200 (1300-2100) |
| 1000-1200 (1900-2200) | |
| Aleacions Refractàries | Majors a 2000 (4000) |
El procés d'extrusió és generalment econòmic quan es produïxen molts quilograms o moltes tonellades, depenent dels materials que han segut amprats en el procés. Per eixemple, en alguns acers es torna més econòmic si es produïxen més de 20 000 kg (50 000 lb).[2]
- Matrius d'alumini per a extrusió en calenta
-
Front side of a four family die. For reference, the die is Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist. in diameter.
-
Close up of the shape cut into the die. Notice that the walls llaure drafted and that the back wall thickness varies.
-
Back side of die. The wall thickness of the extrusion is Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist..
Extrusió en fret
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Extrusió en fret.
L'extrusió freda es realisa a al voltant de la temperatura ambiente. La ventaja d'esta sobre l'extrusió en calenta és la falta d'oxidació, lo que es traduïx en una major fortalea pel treball en fret o tractament en fret, estreta tolerància, bon acabament de la superfície i ràpida velocitat d'extrusió si el material és somés a breus calfaments.[1]
Els materials que es tracten comunament en extrusió freda són: plom, estany, alumini, coure, zirconi, titani, molibdeno, berili, vanadi, niobi i acer, sense oblidar els derivats de l'argila o morter de ciment per a materials de construcció..
Alguns eixemples de productes obtinguts per este procés són: els tubos plegables, l'extintor d'incendis, cilindres de l'esmortidor, pistones automotores, entre uns atres.
Extrusió tébea
[editar | editar còdic]L'extrusió tébea es fa per damunt de la temperatura ambiente, pero per baix de la temperatura de recristalización del material, en un interval de temperatures de 800 a 1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Este procés s'usa generalment per a conseguir l'equilibri apropiat en les forces requerides, ductilitat i propietats finals de l'extrusió.[3]
L'extrusió tébea té vàries ventages comparada en l'extrusió freda: reduïx la pressió que deu ser aplicada al material i aumenta la ductilitat de l'acer. Inclús pot eliminar el tractament tèrmic requerit en l'extrusió en fret.
Equipament
[editar | editar còdic]Existixen diferents variacions en l'equipament per a l'extrusió, els quals es distinguixen per quatre característiques fonamentals:[1]
- Moviment de l'extrusió con relación a el material que serà somés a extrusió: Si el troquel se sosté de forma estacionaria i el material de partida es mou cap a ell, es tracta d'una "extrusió directa". Si el material de partida està estacionario i el troquel es mou cap al material de partida, es tracta llavors d'una "extrusió indirecta".
- La posició de la prensa, ya siga vertical o horisontal.
- El tipo de maneig, ya siga hidràulic o mecànic.
- El tipo de càrrega aplicada, ya siga convencional (variable) o hidràulica.
Existixen varis métodos per a la formació de cavitats internes en l'extrusió. Una via és usar una barra hueca i llavors usar un mandrí fix o flotant. El mandrí fix també és conegut com a tipo alemà, integrat dins el dummy block i el mànec. El mandrí flotant també és conegut com a tipo francés, gomes en els clavills en el dummy block s'alineen en el mateix al troquel quan ocorre l'extrusió. Si una barra sòlida s'usa com a material llavors esta deu, primer, ser passada pel mandrí, abans de ser extruida pel troquel. S'utilisa una prensa especial per a controlar el mandrí independentment del material de partida.[1] La barra sòlida pugues inclús ser usada en el troquel arrapa, troquel esclafidor o troquel pont, tots estos tipos d'troquelar incorporats al mandrí en el troquel i mantenen el mandrí en el lloc. Durant l'extrusió el metal es dividix i fluïx al voltant dels sostenes, deixant una llínea de soldadura en el producte final.[4]
El procés d'extrusió típic costera més de 100 000 dólars, mentres l'troquelar pot costar fins a 2000.
Extrusió directa
[editar | editar còdic]
L'extrusió directa, també coneguda com a extrusió davantera, és el procés més comú d'extrusió. Est treballa colocant la barra en un recipient fortament reforçat. La barra és espentada a través del troquel pel tornell o ariet. Hi ha un dummy block reutilisable entre el tornell i la barra per a mantindre'ls separats. La major desventaja d'este procés és la força requerida en l'extrusió de la barra, és major que la que es necessita en l'extrusió indirecta perque la força de fricció introduïda per la necessitat de la barra de recórrer completament el contenidor. Per això la major força requerida és al començ del procés i decreix segons la barra es va agotant. Al final de la barra la força aumenta grandemente perque la barra és prima i el material deu fluir no radialmente per a eixir del troquel. El final de la barra, cridat tacó final, no s'usa per esta raó.[5]
Extrusió indirecta
[editar | editar còdic]En l'extrusió indirecta, també coneguda com a extrusió retardada, la barra i el contenidor es mouen junts mentres el troquel és estacionario. El troquel se sosté en el lloc per un soport que deu ser tan llarc com el contenidor. La llongitut màxima de l'extrusió ve donada per la força de la columna del soport. En moure's la barra en el contenidor, la fricció s'elimina.[6]
Ventages:
- Una reducció del 25 a 30 % de la força de fricció, permet l'extrusió de barres llargues.
- Hi ha una menor tendència a badar-se o quebrar-se en l'extrusió perque no es produïx calor per la fricció.
- El recobriment del contenidor durarà més pel menor us.
- La barra és usada més uniformemente tal que els defectes de l'extrusió i les zones perifèriques asproses o granulars són menys provables.
Desventages:[6]
- Les impurees i defectes en la superfície de la barra afecten la superfície de l'extrusió. Abans de ser usada, la barra deu ser netejada o polida en un raspall d'aram.
- Este procés no és versàtil com l'extrusió directa perque l'àrea de la secció travessera està llimitada pel màxim tamany del talle.
Extrusió hidrostàtica
[editar | editar còdic]En l'extrusió hidrostàtica la barra es rodeja completament per un líquit a pressió, llevat a on la barra fa contacte en el troquel. Este procés pot fer-se en calent, tébeu o fret. De qualsevol modo, la temperatura està llimitada per l'estabilitat del decorregut usat. El decorregut pot ser presurizado per dos vies:[6]
- Raó d'extrusió constant: el émbolo és usat per a presurizar el decorregut dins del contenidor.
- Raó d'extrusió constant: s'usa una bomba, possiblement en un intensificador de pressió, per a presurizar el decorregut, el qual és bombejat al contenidor.
Les ventages d'este procés inclouen:[6]
- No fricció entre el contenidor i la barra, reduint la força requerida. Esta finalment permet majors velocitats, proporcions de la reducció més altes i menors temperatures de la barra.
- Usualment la ductilitat del material disminuïx quan s'apliquen altes pressions.
- Es poden extruir barres llargues i seccions travesseres grans.
Desventages:[6]
- Les barres deuen estar preparades, aprimat un extrem per a que coincidixca en l'àngul d'entrada del troquel. Açò és necessari per a formar un sagell al principi del cicle. Usualment les barres sanceres necessiten ser polides per a llevar-los qualsevol defecte de la superfície.
- Contindre el decorregut a altes pressions pot ser dificultoso.
Espente
[editar | editar còdic]Moltes de les prenses modernes, tant d'extrusió directa com a indirecta, usen prenses hidràuliques, pero hi ha menudes prenses mecàniques que encara s'usen. D'entre les prenses hidràuliques hi ha dos tipos: prensa espente-directe d'oli i espente-acumulador d'aigua.
La prensa d'espente-directe d'oli són les més comunes perque són fiables i robustes. Poden produir sobre 5000 psi (34,5 MPa). Suplix una pressió constant a lo llarc de tota la barra. La desventaja és que són llentes, entre 2 i 8 ips (51 a 203 mm/s).[7]
Espente per acumulador d'aigua són més cares i més grans que la prensa d'espente directe d'oli, esta pert sobre el 10 % de la seua pressió sobre el colp, pero són més ràpides, sobre els 15 ips (381 mm/s). Per açò s'usen en l'extrusió de l'acer. També s'usen en materials que tenen que calfar-se a altes temperatures per raons de seguritat.[7]
Les prenses d'extrusió hidrostàtica usualment usen oli de ricino en pressions per damunt de 200 ksi (1380 MPa). L'oli de ricino s'usa per la seua bona lubricación i la seua alta resistència a la pressió.[8]
Defectes d'extrusió
[editar | editar còdic]- Quebradura de superfície: quan hi ha clavills en la superfície d'extrusió. Açò es deu a la temperatura d'extrusió, fricció, o velocitat molt alta. Açò pot passar també a baixes temperatures, si el producte temporalment es pega al troquel.
- Defecte de tubo: es crea una estructura de fluix que arrastra els òxits de la superfície i les impurees al centre del producte. Tals patrons que són freqüentment causats per altes friccions o refredat de la part externa de la barra.
- El agrietamiento interior o defecte Chevron: es produïx quan el centre de l'expulsió desenrolla clavills o buits. Estos clavills són atribuïts a forces de tensió hidrostàtica en la llínea central en la zona de deformació en el troquel. Aumenta en aumentar l'àngul de la matriu i la concentració d'impurees, i disminuïx en aumentar la relació d'extrusió i la fricció.
Materials
[editar | editar còdic]Metal
[editar | editar còdic]Metals que són comunament usats en processos d'extrusió:[9]
- Alumini és el material més comú, pot ser extruido calent o fret, si és extruido calent és calfat de 300 a 600 °C (575 a 11 00 °F). Eixemples d'este producte inclou armadures, marcs, barres i disipadores de calor entre uns atres.
- Coure (600 a 1000 °C (1100 a 1825 °F)) encanyat, arams, vares, barres, tubos i electrodos de soldadura. A sovint es requerixen 100 ksi (690 MPa) para extruir el coure.
- Plom i estany (300 °C (màxim 575 °F)) encanyat, arams, tubos i forros exteriors de cables. La fundició de plom també és usada en lloc del prensage d'extrusió vertical.
- Magnesi (300 a 600 °C (575 a 1100 °F)) en parts d'avions i parts d'indústries nuclears.
- Zinc (200 a 350 °C (400 a 650 °F)), vares, barres, tubos, components d'hardware, montages i barandales.
- Acer (1000 a 1300 °C (1825 a 2375 °F)) vares i pistes, usualment el carbó acerado simple és extruido. L'aleació acer i acer inoxidable també pot ser extruida.
- Titani (600 a 1000 °C (1100 a 1825 °F)) components d'avions, assents, pistes, anells d'arrancades estructurals.
L'aleació de magnesi i alumini usualment té 0,75 μm (30 μin). RMS o millor acabat de superfície. El titani i l'acer poden conseguir 3 μm (125 μin). RMS.[1]
En 1950 Ugine Séjournet de França, va inventar un procés el qual usava cristal com a lubrificant per a extruir acer.[10] El procés Ugine-Sejournet o Sejournet és ara usat en atres materials que tenen temperatura de fusió major que l'acer o que requerix un llimitat ranc de temperatura la seua extrusió. El procés comença pel calfament del material a la temperatura d'extrusió i llavors és enrollado en pols de cristal. El cristal es fon i forma una fina capa que actua com a lubrificant. Un espere anell de cristal sòlit en 0,25 a 0,75, ien (6 a 18 mm) de gruixa és ubicat en la cambra sobre el troquel per a lubricar l'extrusió mentres és forçat a passar pel troquel. Una segona ventaja de l'anell de cristal és l'habilitat d'aïllar la calor de la barra del troquel. L'extrusió tindrà una capa de cristal de 1 mm de gruixa, la que pot ser fàcilment llevada quan es gela.[3]
Un atre descobriment en la lubricación és l'us del revestiment de fosfat. En este procés junt a la lubricación en cristal, l'acer pot ser extruido en extrusió freda. La capa de fosfat absorbix al cristal líquit per a oferir una millor propietat d'lubricación.[3]
Plàstics
[editar | editar còdic]
l'extrusió plàstica normalment usa asclons plàstics o pellets que estan usualment seques en un depòsit d'alimentació o gronsa abans d'anar al tornell d'alimentació (fuset). La resina de l'polímero és calfada fins a l'estat de fusió per resistències que es troben en el canó de l'extrusora i la calor per fricció provinent del tornell d'extrusió (fuset). El fuset força a la resina a passar pel cabezal donant-li la forma desijada (làmina, cilíndrica, tires, etc.). El material extruido es gela i es solidifica, ya que es tira des del troquel a un depòsit d'aigua. En alguns casos (tals com els tubos de fibres-reforçades), el material extruido es passa a través d'un llarc troquel, en un procés cridat pultrusión, o en atres casos passa a través de rodells de refredat (calandria) per a traure una làmina de les dimensions desijades per a termoformar la làmina.
S'usa una multitut d'polímero en la producció de canonada plàstica, encanyat, vares, barres, sagells, i làmines o membranes.
Cauchos
[editar | editar còdic]Similar a l'extrusió en plàstics, pero en un posterior vulcanizado per calor.
Ceràmiques
[editar | editar còdic]
La ceràmica també pot formar-se a través de l'extrusió. L'extrusió de la terracota s'usa per a produir les encanyat. Moltes rajoles modernes també són manufacturados usant un procés d'extrusió de rajoles.[11]
Aliments
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Extrusió d'aliments.
L'extrusió ha tingut una gran aplicació en el procés d'alimentació. Productes com pastes, massa de la galleta, cereals del desdejuni, aliment per a bebé, les papes fregides i el menjar sec, entre uns atres, són principalment manufacturados per l'extrusió. En el procés, es molen els materials fins a donar-los el tamany correcte a les partícules (usant la consistència de la farina ordinària). La mescla seca es passa a través d'un pre-acondicionador a on s'agreguen atres ingredients (sucre líquit, grasses, tenyidas, carns i aigua que depenen del producte). La mescla pre condicionada es passa llavors a través d'un extrusor forçant-la a passar per un troquel a on es talla a la llongitut desijada. El procés de cocció té lloc dins del extrusor en el que el producte produïx la seua pròpia fricció i calor per la pressió generada (10-20 bar). El procés de cocció utilisa un procés conegut com el gelatinización de l'almidó. Els extrusores que usen este procés tenen una capacitat d'1-25 tonellades per hora.
L'us de l'expulsió en el procés cocció proporciona als aliments les següents característiques:
- Gelatinización de l'almidó.
- Desnaturalización de les proteïnes.
- Inactivación d'enzimes de menjar crues.
- La destrucció de toxines naturalment.
- Disminució de microorganismes en el producte final.
- Llauger aument de la biodisponibilidad de ferro.
- Creació de almidó per a necessitats de hiposensibilización d'insulina, un factor de risc per al desenroll de diabetis.[12][13]
- Pèrdua de lisina, un aminoàcit essencial necessari per al creiximent i el metabolisme del nitrogen.[12][13]
- Simplificació de almidó complexos, aumentant les taxes de deterioració dental.[12][13]
- Destrucció de vitamina A (beta-caroteno).[12][13]
L'extrusió també és utilisada per al desenroll de menjar per a mascotes.
Transportador de medicaments
[editar | editar còdic]L'extrusió a través dels filtres nano-porosos, polimèrics està usant-se para manufacturar suspensions de lípits. La droga del anti-càncer Doxorubicina en el sistema de lliberació de liposoma es produïx per extrusió, per eixemple.
Dissenye
[editar | editar còdic]Les pautes següents deuen seguir-se per a produir una extrusió de calitat. El tamany màxim per a una extrusió és determinat pel círcul més menut que encaixarà al voltant de la secció travessera (cridat círcul circunscripto). Este diàmetro, a la seua volta controla el tamany del troquel requerit, qué finalment determina si la part encaixarà en la prensa. Per eixemple, una prensa més gran pot manipular círculs circumscrits de 6 dm (25") de diàmetro per a l'alumini i 55 cm (22") del diàmetro per a acer i titani.[1]
Les seccions més espesses generalment necessiten un tamany de la secció aumentat. Per a que el material fluïxca apropiadament el soport no deu ser major que 10 voltes la seua gruixa. Si la secció travessera és asimètriques, la secció adjacents deuen tindre tamany lo més iguals possible. Deuen evitar-se els cantons esmolats; per a alumini i magnesi el radi mínim deu ser 0,4 mm (1/64") i per als cantons d'acer deu ser 0,75 mm (0,030") i els ànguls deuen ser 3 mm (0,125"). La següent taula llesta la secció travessera mínima i gruixa per als varis materials.[1]
| Materials | Secció travessera mínima [cm² (sq. in.)] | Gruixa mínima [mm (pulg.)] |
|---|---|---|
| Acers de carbono | 2.5 (0.40) | 3.00 (0.120) |
| Acer inoxidable | 3.0-4.5 (0.45-0.70) | 3.00-4.75 (0.120-0.187) |
| Titani | 3.0 (0.50) | 3.80 (0.150) |
| Alumini | <2.5 (0.40) | 1.00 (0.040) |
| Magnesi | <2.5 (0.40) | 1.00 (0.040) |
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]Notes
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Oberg et al. 2000, pàg. 1348–1349.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Drozda, pp. 13-11 & 13-12.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas»..
- ↑ Drozda, p. 13-21.
- ↑ Drozda, p. 13-13.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 Drozda, p. 13-14.
- ↑ 7,0 7,1 Drozda, p. 13-16.
- ↑ Drozda, p. 13-20.
- ↑ Drozda, pp. 13-15 & 16.
- ↑ Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
- ↑ Brick manufacturing process
- ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 Beaufrand MJ, de la Guérivière JF, Monnier C, Poullain B.. "Effect of the extrusion process on the availability of proteins (Abstract)". PMID 707920.
- ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 Guy, Robin (2001). Extrusion Cooking: Technologies and Applications. Cambridge: Woodhead Publishing. pp. 111-116.
Bibliografia
[editar | editar còdic]- Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas»..
- Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas»..
Enllaços externs
[editar | editar còdic]- Engineering Fundamentals. Extrusió.
- Extrusió; cross-sectional tolerances.
- Canal d'igualtat d'extrusió angular (en la Wikipedia en anglés).
- Extrusió d'impacte (en la Wikipedia en anglés).
- Revestiment per extrusió (en la Wikipedia en anglés).
Referències
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Extrusión» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.