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

Obrigado pela vossa atenção

antonio.palma@portalex.eu