CAPITULO I
CAPTULO VII
EXTRUSIN
7.1.-Clasificacin de los Procesos de ExtrusinLa extrusin es el
proceso de deformacin plstica por medio del cual se reduce la
seccin transversal de un bloque de metal forzndolo a fluir a travs
de un orificio mediante presiones elevadas. La extrusin se emplea,
en general para la fabricacin de barras o tubos, pero tambin se
puede obtener perfiles con secciones de formas complicadas, en el
caso de los metales ms fciles de extrusar, p. ej., el aluminio. La
mayora de los metales se extrusan en caliente bajo condiciones
donde la resistencia a la deformacin es baja. A pesar de esto,
metales tales como: aleaciones de aluminio, aceros de bajo carbono
y aceros inoxidables de la serie 300 pueden ser extruidos en fro,
por lo que este proceso ha alcanzado una importancia industrial
considerable. La reaccin de la palanquilla contra el cuerpo de
extrusin y la matriz origina esfuerzos de compresin elevados, que
son muy eficaces para evitar el agrietamiento del metal en el
desbaste primario del lingote. Esta es una razn por la cual se
emplea la extrusin en el trabajo de los metales difciles de
conformar, tales como los aceros inoxidables, las aleaciones en
base a nquel, el molibdeno y otros materiales de alta
temperatura.
Figura 7-1. Clases de extrusin (a) Extrusin directa (b) Extrusin
indirecta.
Existen dos tipos de extrusin que son la extrusin directa y la
extrusin indirecta (llamada tambin extrusin inversa). En la
extrusin directa [fig. 7-1 (a)] la palanquilla se coloca en un
cuerpo de extrusin y se empuja contra la matriz mediante un mbolo
empujado por un vstago. En el proceso de extrusin indirecta
ilustrado en la figura 7-1(b). Se emplea un vstago hueco que empuja
a la matriz, mientras el extremo opuesto del cuerpo de extrusin se
cierra con una placa. Algunas veces, en la extrusin indirecta se
mantienen fijos el vstago y la matriz, empujando contra ellos al
cuerpo que contiene la palanquilla. Debido a que no existe
movimiento relativo entre las paredes del cuerpo de extrusin y la
palanquilla en la extrusin indirecta, las fuerzas de friccin son
bajas y la potencia requerida para efectuar la extrusin es menor
que la necesaria para la extrusin directa. Sin embargo, existen
restricciones prcticas en la extrusin indirecta ya que se tienen
que utilizar vstagos huecos y esto limita la carga que puede ser
aplicada.
Figura 7-2. Extrusin de revestimientos de plomo para
cableselctricos.
La extrusin se aplic inicialmente en la fabricacin de tubera de
plomo y ms tarde en el revestimiento de plomo de los cables. La
figura72 ilustra como el plomo es forzado alrededor del cable para
formar una cubierta. El plomo es extruido a una temperatura por
debajo de su temperatura de fusin.
Figura 7-3. (a) Extrusin por impacto; (b)Proceso Hooker.
La extrusin por impacto es un proceso empleado para conformar
longitudes cortas de formas huecas, p. ej., los tubos colapsables
de pasta dental. Como puede observarse en la fig. 7-3(a), un disco
original de metal se coloca en una matriz, que tiene el dimetro
externo correcto del tubo, y un punzn, que tiene el dimetro interno
de dicho tubo, incide sobre el disco a una alta velocidad. El punzn
comprime el metal colocado en la matriz y entonces este, fluye
alrededor del punzn para conformar el tubo. En la extrusin por
impacto directo o proceso Hooker [fig.73(b)], se coloca un metal,
preconformado en forma de copa, en una matriz y se hace indicir
sobre este a gran velocidad, un punzn con un mandril de dimetro
igual al interno de la copa. La superficie anular formada entre la
seccin del punzn y la del mandril comprime al metal de la copa y lo
extrusa para formar el tubo. Las extrusiones por impacto se
realizan en prensas mecnicas de alta velocidad. El proceso suele
realizarse en fro, pero es difcil clasificarlo como un proceso de
trabajo en fro, porque, debido a las altas velocidades de
deformacin se produce un aumento considerable de la temperatura. La
extrusin por impacto solo se utiliza en el caso de metales blandos,
tales como el plomo, el estao, el aluminio y el cobre.
7.2.-Equipos de extrusinLa mayora de los procesos de extrusin se
efectan en prensas hidrulicas, que pueden ser horizontales o
verticales, segn la direccin del movimiento del vstago. Las prensas
verticales poseen capacidades de 300 a 2.000 ton. Estas presentan
las ventajas de una mayor facilidad de alineacin del vstago y las
herramientas, mayor velocidad de produccin y menor exigencia de
espacio que las prensas horizontales. Sin embargo, las prensas
verticales poseen la desventaja de que necesitan una gran altura de
nave y cuando han de fabricarse piezas extrusadas largas, es
necesario excavar un foso en el piso del taller. Las prensas
verticales producen un enfriamiento uniforme de la palanquilla en
el cuerpo de extrusin, esto trae como consecuencia que la
deformacin sea uniforme. En las prensas horizontales el fondo de la
palanquilla en contacto con el cuerpo de extrusin se enfriar ms
rpidamente que la superficie superior (al menos que el cuerpo de
extrusin sea calentado internamente), y as la deformacin no es
uniforme.
Las matrices y las herramientas utilizadas en la extrusin deben
soportar las ms rigurosas condiciones de esfuerzos elevados, choque
trmico y oxidacin. Para las matrices y las herramientas se emplean
aceros de herramientas de alta aleacin que tengan buena resistencia
mecnica a temperaturas elevadas. La tabla 7-1 muestra los tipos de
acero empleados en la fabricacin de las matrices y algunas
herramientas para la extrusin en caliente. La figura 7-4 muestra
los detalles principales de una matriz sencilla, tal como las
utilizadas en la extrusin de barras. Es una matriz plana o cuadrada
con un semingulo de 90. Esta clase de matriz es bastante usada,
pero no es el tipo ptimo para todos los metales. El ngulo ptimo de
la matriz es el resultado de un compromiso entre las presiones de
extrusin ms bajas y la mxima duracin de la herramienta. En las
matrices cnicas se emplean semingulos entre 45 y 60, segn las
caractersticas plsticas del metal. La determinacin del ngulo ptimo
debe hacerse empricamente.
Figura 7-4. Seccin transversal de una matriz plana de
extrusin.
Tabla 7-1
Aceros y durezas recomendados para las matrices y las
herramientas en la extrusin en caliente
ALEACIONES A EXTRUSAR
HerramientaAcero, aleaciones de Titanio, Aleaciones de
NiquelCobre y Aleaciones de Cobre.Aluminio y Aleaciones de
Magnesio.Plomo y Aleacin de Plomo.
MatrizH11, H13, H21
Dureza 43-47 HRcH21, H23, H26
Dureza 36-46 HRcH12, H13
Dureza 46-50 HRc1045
dureza 1020 HRc
MandrilH11, H21
Dureza 40-44 HRcH11
Dureza 40-46 HRcH12, H13
Dureza 48-52 HRc1045
16-.20
Cuerpo de Extrusin4350 mod.
Dureza 40--44 HRcA350 mod.300 - 500 Hb1095 mod.
Recocido.1095 mod.
Recocido.
PistnH12Dureza 450 - 500 HBH12
Dureza 450 - 500 HBH12
Dureza 450 - 500 HB4150 mod.
450 - 500 HB
Para los procesos de extrusin adems de la prensa de extrusin con
sus bombas y acumuladores son necesarios otros equipos auxiliares.
Debido a que la mayora de los trabajos de extrusin se realizan en
caliente, son necesarios hornos para calentar las palanquillas,
equipos para el transporte de las palanquillas calientes al cuerpo
de extrusin. Algunas veces es necesario disponer de medios para
mantener la temperatura del cuerpo de extrusin, especialmente
cuando se conforman aleaciones que requieren velocidades de
extrusin bajas. Tambin es necesaria una sierra de corte en caliente
para cortar la forma extrusada, de forma que se pueda expulsar de
la matriz el despunte que se desecha. Adems, debe disponerse de una
mesa transportadora, para recoger la forma extrusada y una mquina
enderezadora para corregir las distorsiones del producto
extrusado.
7.3.-Variables de la ExtrusinLas principales variables que
determinan la fuerza requerida para producir la extrusin son: 1) El
tipo de extrusin (directa o indirecta); 2)La relacin de extrusin;
3) La temperatura de trabajo; 4) La velocidad de deformacin y 5)
Las condiciones de friccin entre las palanquillas y el cuerpo de
extrusin.
Figura 7-5. Curvas tpicas de la presin de extrusin en funcin del
recorrido delvstago.
En la figura 7-5 se grfica la presin de extrusin, en funcin del
recorrido del vstago para la extrusin directa y la extrusin
indirecta. La presin de extrusin es la fuerza de extrusin dividida
por el rea de la seccin transversal de la palanquilla. En esta
figura pueden distinguirse cinco zonas. La zona A corresponde a una
elevacin rpida de la presin, al comienzo del recorrido del vstago,
es la presin requerida para que la palanquilla llene el cuerpo de
extrusin. La zona B representa la presin para que el metal comience
a fluir a travs de la matriz, para la extrusin directa la presin
alcanza el valor mximo en esta zona. La zona C representa la presin
para que la extrusin contine; la presin decrece, debido a que
disminuye la fuerza de friccin al ser menor la longitud de la
palanquilla que va quedando dentro del cuerpo de extrusin. En la
extrusin indirecta no hay movimiento relativo entre la palanquilla
y el cuerpo de extrusin, por lo que la presin se mantiene
aproximadamente constante a lo largo de recorrido del vstago en
esta zona. La zona D representa la etapa donde se presenta el
defecto tipo tubo (el material del centro de la palanquilla fluye
ms rpidamente que los bordes). Las dos curvas se vuelven
bruscamente hacia arriba (zona E) cuando, al final del recorrido
del vstago, se intenta extrusar totalmente la palanquilla que queda
en la matriz.
Tubos de la serie 300 extrusados entre 1.232 y 1.260C
22 matrices vida de la matriz, nmero de extrusiones.
25 vstagos vida del vstago, nmero de extrusiones.
Tubos de la serie 300 extrusados a 1.260C
53 vstagos, vida del vstago, nmero de extrusiones.
Figura 7-6. Efecto de la relacin de extrusin en la vida til de
las matrices, en la extrusin de tubos de acero inoxidable
austnitico de la serie 300, con un lubricantedevidrio fundido.
La relacin de extrusin es el cociente entre el rea de la seccin
transversal inicial de una palanquilla y el rea de la seccin
transversal despus de la extrusin . Las relaciones de extrusin
pueden alcanzar cerca de 40:1 para la extrusin en caliente de acero
y pueden ser hasta de 400:1 para el aluminio. Es importante
distinguir entre la fraccin de reduccin en rea y la relacin de
extrusin R, . Debido a que existe un flujo de masa constante a
travs de la matriz, la velocidad del producto de extrusin es la
velocidad de extrusin multiplicada por la relacin de extrusin. Las
relacines de extrusin elevadas, las cuales requieren presiones
mayores desminuyen la vida til de las matrices y las herramientas.
La figura 7-6 muestra el efecto de la relacin de extrusin en la
vida til de las matrices en la extrusin de tubos de acero
inoxidable austnitico de la serie 300. El material de la matriz es
un acero H21 con una dureza entre 44-47HRc. La temperatura a la
cual la palanquilla es extruida depende de la resistencia a la
deformacin del metal que se desea extruir. El calentamiento
uniforme de la palanquilla generalmente conlleva a un mximo de la
vida til de la matriz. La presin de extrusin est directamente
relacionada con el logaritmo natural de la relacin de extrusin, de
tal forma que la presin de extrusin puede ser expresada como:
(7-1)
donde K es la constante de extrusin, un factor total que incluye
el esfuerzo de fluencia, la friccin y la deformacin no
homognea.
La mayora de los metales se extrusan en caliente, aprovechando
la disminucin del esfuerzo de fluencia o resistencia a la
deformacin con el incremento de la temperatura. Debido a que el
trabajo en caliente crea problemas de oxidacin de la palanquilla y
las herramientas de extrusar, as como de ablandamiento de las
matrices y herramientas y al mismo tiempo es difcil lubricar
adecuadamente, es conveniente conformar a la mnima temperatura que
proporcione al metal una plasticidad adecuada. La temperatura ms
elevada para el trabajo en caliente es aquella a la que ocurre la
fragilidad en caliente o, para los metales puros la temperatura a
la cual la fusin ocurre. Los rangos de temperatura a los cuales las
palanquillas de las aleaciones ms comunes se extrusan son:
Aleaciones de Plomo100-200C
Aleaciones de Magnesio340-420C
Aleaciones de Aluminio340-510C
Aleaciones de Cobre650-1100C
Aleaciones de Titanio870-1.040C
Aleaciones de Nquel1.100-1.260C
En la extrusin del acero las palanquillas se calientan entre
1.100 y 1.200C, mientras que las herramientas se precalientan a
350C. La presin de extrusin generalmente vara entre 88 y 127. La
combinacin de esfuerzos elevados y temperatura requiere un sistema
de lubricacin de vidrio fundido. La extrusin en caliente de
aleaciones de aluminio de baja resistencia se realiza sin lubricar
la palanquilla.
.
Figura 7-7. Efecto de la temperatura, la presin y la rata de
deformacin en el rango permisible de trabajo.
Cuando la velocidad del vstago aumenta la presin de extrusin
tambin aumenta. Aumentando aproximadamente diez veces la velocidad
del vstago, el incremento de la presin es cercano al 50%. La
seleccin de la velocidad de extrusin apropiada as como la
temperatura se determinan por tanteo para cada aleacin y tamao de
palanquilla. La interdependencia de estos factores se representa en
la figura 7-7. Para una temperatura dada una relacin de extrusin
mayor puede ser obtenida con una presin ms elevada. La temperatura
mxima de la palanquilla, asumiendo que no existen limitaciones en
la resistencia de las herramientas y la matriz, es determinada por
la temperatura a la cual la fusin incipiente o fragilidad en
caliente ocurre en la extrusin. El aumento de la temperatura en la
extrusin ser determinada por la velocidad de extrusin y la cantidad
de deformacin (relacin de extrusin). Por esto, en la figura 7-7, la
curva que representa el lmite mximo para una extrusin segura tiende
hacia arriba y hacia la izquierda. Mientras que la peor situacin
para la extrusin corresponde a una velocidad infinita, donde nada
del calor producido por la deformacin se disipa. A velocidades de
extrusin menores existe un mayor desprendimiento de calor y la
relacin de extrusin permisible para una temperatura de
precalentamiento dada aumenta. El rango de extrusin permisible es
la regin bajo la curva de presin y velocidad de extrusin
constante.
Figura 7-8. Patrones de deformacin del metal en el proceso de
extrusin.
7.4.-La Deformacin y la Lubricacin en la ExtrusinLa presin
requerida para producir una extrusin es independiente de la forma
en que el metal fluye en el cuerpo y a travs de la matriz de
extrusin, y es mayormente determinada por las condiciones de
lubricacin. La figura 7-8 muestra los tipos de deformacin
caractersticos en la extrusin. La figura 7-8a muestra un tipo de
deformacin casi homognea, este tipo de deformacin puede ocurrir
cuando la friccin del cuerpo con la palanquilla bien lubricada es
baja, cuando hay extrusin hidrosttica en la cual la palanquilla es
rodeada con un fluido presurizado, o en la extrusin indirecta
(figura 7-8d). En este tipo de deformacin el metal fluye mas
uniformemente (tanto en el centro como en la periferia) creando una
deformacin plstica uniforme. La figura 7-8b representa el caso de
una friccin mayor de la palanquilla con las paredes del cuerpo de
extrusin, como se puede observar por la distorsin severa del patrn
(retcula cuadrada) en las esquinas donde se produce una zona de
metal muerto el cual sufre poca deformacin. En el centro la
palanquilla sufre pura elongacin, mientras que los elementos
cercanos a los lados de esta sufren deformacin de corte. Para una
friccin elevada en la intercara cuerpo de extrusin/palanquilla, el
flujo se concentra hacia el centro y un plano de corte interno se
desarrolla (figura 7-8c). Esta condicin puede ocurrir cuando la
palanquilla se enfra rpidamente por el contacto con el cuerpo de
extrusin fro. Cuando la friccin adherente prevalece entre la
palanquilla y el cuerpo, el metal se separar internamente a lo
largo de la zona de corte y una concha fina quedar en el cuerpo.
Bajo esas condiciones de deformacin toda la nueva superficie de
extrusin es material limpio nuevo. Mientras que el rea de la seccin
transversal de la palanquilla decrece (dimetro), el rea del la
superficie aumenta. Si la relacin de extrusin es 16:1, el dimetro
se reduce a 1/4 de su valor original y el rea de la superficie
aumenta 4 veces. Debe de notarse que 3/4 del rea de la superficie
del producto de extrusin es superficie nueva que no exista en la
palanquilla. Esto pone de manifiesto la importancia de un
lubricante que tenga la habilidad de estenderse fcilmente y
mantener una pelcula coherente. Un lubricante efectivo para la
extrusin en caliente debe tener una resistencia al corte bastante
estable para prevenir el rompimiento a temperatura elevada.
Para la extrusin a alta temperatura del acero y aleaciones en
base a Nquel el lubricante ms comn es el vidrio fundido (Proceso
UGINESEJOURNET). En este procedimiento de lubricacin la palanquilla
se calienta en una atmsfera inerte y cubierta con polvo de vidrio
se introduce en el cuerpo de la prensa. La capa de vidrio tambin
sirve como un aislante trmico para reducir la friccin entre la
palanquilla y las paredes del cuerpo de extrusin. Sin embargo, la
fuente principal de lubricante es la masa de vidrio colocada en la
cara de la matriz en frente de la nariz de la palanquilla. Durante
la extrusin la palanquilla caliente progresivamente ablanda la masa
de vidrio y provee una pelcula de lubricante entre la palanquilla y
la matriz, comnmente de 0,0254mm.
Aunque se ha pensado que la viscosidad del vidrio es el criterio
principal para seleccionar los lubricantes, estudios recientes han
demostrado que no existe una correlacin entre la presin de extrusin
o espesor de la capa de lubricante y la viscosidad del vidrio. Se
cree que una lubricacin exitosa depende de la rata a la cual el
lubricante acta por fusin o ablandamiento, en vez del esfuerzo de
corte del lubricante.
Una interaccin compleja existe entre el lubricante ptimo, la
temperatura y la velocidad del vstago. Si la velocidad es muy baja,
el lubricante puede producir capas muy gruesas con presin de
extrusin inicial baja, pero esto acabar rpidamente con el deposito
de lubricante, restringiendo la longitud del producto de extrusin.
Si la velocidad es muy alta, la capa de lubricante puede hacerse
peligrosamente delgada. Una modificacin de esta tcnica es aplicar
pelculas gruesas de vidrio solamente a la circunferencia de la
palanquilla para lograr una lubricacin hidrosttica. En este caso la
viscosidad del lubricante tienen una influencia fuerte en la presin
de extrusin. La pelcula de lubricante debe ser completa y continua
para que de los mejores resultados.
7.5.-Defectos de los Productos de ExtrusinDebido a la deformacin
heterognea, en la extrusin directa de una palanquilla, el centro de
esta se mueve ms rpidamente que su periferia. Esto causa, que la
zona de metal muerto se extienda a lo largo de la superficie
exterior de la palanquilla. Despus que cerca de 2/3 de la
palanquilla han pasado por la matriz, la superficie de la
palanquilla se mueve hacia el centro y se extrusa a travs de la
matriz cerca del eje de la barra. Debido a que la superficie de la
palanquilla muchas veces contiene una cascarilla de oxido, este
tipo de flujo d como resultado cordnes de xido internos. Este
defecto puede ser considerado como un tubo interno y es conocido
como el defecto de extrusin. La seccin transversal del producto
extrusado aparecer como un anillo de xido. La tendencia hacia la
formacin de defectos de extrusin aumenta a medida de que la friccin
entre las paredes del cuerpo y el producto se hace mayor. Si una
palanquilla caliente se coloca en un cuerpo de extrusin ms fro, las
capas exteriores de la palanquilla se enfriarn rpidamente y la
resistencia al flujo plstico de esta regin aumentar. Por esto,
existir una tendencia mayor a que la parte central de la
palanquilla se extruse antes que la superficie y de esta forma
aumenta la tendencia a la formacin de defectos de extrusin.
Una forma de evitar el defecto de extrusin es efectuar la
extrusin solamente hasta el punto donde el xido de la superficie
comienza a penetrar en la matriz y desechar el resto de la
palanquilla. Este procedimiento tiene serios inconvenientes
ecnomicos, porque hasta un 30% de la palanquilla queda donde el
defecto de extrusin es encontrado. Un procedimiento alterno, el
cual se aplica en la extrusin de latn, es usar un bloque seguidor
el cual es ligeramente menor que el dimetro interno del cuerpo. A
medida que el vstago empuja este bloque hacia adentro, este
descascarilla la superficie y la capa de xido permanece en el
cuerpo de extrusin.
El agrietamiento de la superficie, vara en severidad desde una
superficie muy spera hasta un agrietamiento repetido transversal
llamado en ingles Fir-tree cracking, el cual puede ser producido
por los esfuerzos de traccin longitudinales generados cuando el
producto de extrusin atraviesa la matriz. En la extrusin en
caliente esta forma de agrietamiento comnmente es intergranular y
es asociada con la fragilidad en caliente. La causa ms comn es una
velocidad del vstago muy elevada para la temperatura de extrusin. A
temperaturas ms bajas donde la fragilidad en caliente no puede
ocurrir se cree que el agrietamiento transversal puede ser causado
por adherencia momentnea en la matriz y el aumento sbito de la
presin. El agrietamiento central o agrietamiento CHEVRON, llamado
tambin agrietamiento de sargento puede ocurrir a relaciones de
extrusin bajas. Este defecto esta relacionado con la influencia de
las condiciones de friccin en la zona de deformacin de la
palanquilla con la matriz de extrusin. El agrietamiento superficial
se debe a discontinuidades en la pelcula de lubricante las cuales
inician zonas de corte.
7.6.-Extrusin en Condiciones IdealesEl trabajo plstico de
deformacin por unidad de volumen puede ser expresado para la
extrusin directa como:
(7-2)
El trabajo es:
(7-3)
donde se define como el esfuerzo de fluencia efectivo en
compresin as que:
(7-4)
Esta es una expresin para calcular la presin de extrusin en
condiciones ideales, debido a que esta no considera la friccin ni
la deformacin redundante. La ecuacin (7-4) predice una presin que
es ms baja que la experimental en un 50% aproximadamente.
7.7.-Extrusin con Friccin y Deformacin no HomogneaSi se define
la eficiencia del proceso como como la razn de la energa ideal a la
energa actual por unidad de volumen, la presin de extrusin actual
pa, se puede expresar como:
(7-5)
Esta es justamente otra forma de expresar la ecuacin (7-1). De
Pierre, realiz mediciones cuidadosas de los esfuerzos en la
extrusin y estas demostraron que la fuerza de extrusin total pe es
la suma de la fuerza de la matriz pd, la fuerza de friccin entre
las paredes del cuerpo de extrusin y la palanquilla pfb y la fuerza
de friccin entre el cuerpo y el bloque seguidor pff. Generalmente .
Expresada en trminos de presin,
(7-6)
donde:
=Esfuerzo de corte uniforme entre la palanquilla y el cuerpo de
extrusin.
L=Longitud de la palanquilla dentro del cuerpo.
D=Dimetro interno del cuerpo de extrusin.
midiendo directamente Pe y Pd, es posible obtener buenos valores
para .
Un enfoque simple para determinar la presin de la matriz Pd
consiste en usar el anlisis de plancha para tomar en consideracin
la friccin en la extrusin a travs de una matriz cnica. Sachs realiz
este anlisis para la friccin deslizante de Coulomb. La solucin es
anloga a la del trefilado a travs de una hilera cnica.
(7-7)
donde:B=
.
=Semingulo de la matriz.
R=Relacin de extrusin =.
Mientras que este anlisis considera la friccin de la matriz,
este no admite la deformacin redundante. Sin embargo, la extrusin
es probablemente el problema que ms se ha estudiado utilizando la
teora de campo de lneas de deslizamiento. El problema ha sido
estudiado para deformacin plana sin considerar la friccin. Todos
los estudios han dado soluciones de la forma:
(7-8)
donde tpicamente y para extrusin axisimtrica.
Kudo encontr la siguiente expresin para la extrusin a travs de
matrices cuadradas asperas .
(7-9)
Avitzur produjo una expresin ms generalizada basada en la
velocidad de campo esfrico. Esta ecuacin se aplica para la extrusin
con lubricacin a travs de una matriz de semingulo .
(7-10)
donde:m=Factor de friccin intercaras.
=Funcin compleja del semingulo de la matriz.
L=Longitud de tierra en la salida de la matriz.
r0=radio de la palanquilla.
rf=radio del producto extrusado.
Un anlisis ms reciente (upper bound) ha usado una velocidad de
campo diferente, la cual concuerda muy bien con experimentos de
extrusin hidrosttica.
Problema Ilustrativo 7-1. En la extrusin en caliente de aluminio
a , , (a) Para una palanquilla de 305mm de dimetro y 915mm de
longitud. Cul es la presin requerida para extrusar una barra de
76mm de dimetro si ? (b) Cul es la presin de extrusin al final del
golpe?
Solucin
Se asume una zona de metal muerto que da usando de laec.
(7-7):
(a)
(b) Al final del golpe
El aluminio tiende a pegarse al recipiente y el esfuerzo de
corte interno ser:
(c) Al final del golpe
(d) La capacidad de la prensa:
Problema Ilustrativo 7-2. La siguiente ecuacin expresa la presin
de extrusin de barras de aluminio:
Palanquillas de 203mm de dimetro y 406mm de longitud son
extrusadas en barras de 19mm de dimetro. Para aumentar la longitud
del producto a 3.048mm, en trminos de presin Qu ser ms econmico
aumentar la longitud de la palanquilla o el dimetro? Asuma .
Solucin
Si L se incrementa en 3.048mm.
Si D se incrementa y se mantiene constante en 406mm.
disminuye al aumento D, dejando fijo , pero podra no ser prctico
usar un recipiente de diferente tamao. Por consiguiente es ms
econmico incrementar .
Basado en la experiencia terica anterior y en estudios
experimentales De Pierre us la siguiente expresin para describir la
presin de la matriz.
(7-11)
donde y a y b son variables evaluadas como sigue:
ab
300,4191,006
450,6591,016
600,9451,034
7.8.-Extrusin de TuberasLas tuberas que se producen por extrusin
con equipos modernos, poseen tolerancias dimensionales tan
estrechas como las que se obtienen en el estirado en fro. Para
producir tubos por extrusin, debe aadirse al vstago un mandril. El
mandril se extiende a la entrada de la matriz y el espacio anular
entre el mandril y la matriz determinan el espesor de la pared del
tubo extrusado. Generalmente una palanquilla hueca debe ser
utilizada de tal forma que el mandril pueda extenderse hasta la
matriz. Para producir tubos concntricos, es necesario que el vstago
y el mandril estn coaxialmente alineados con el cuerpo de extrusin
y la matriz; tambin el hueco de la palanquilla debe ser concntrico
y esta debe ofrecer igual resistencia a la deformacin en toda su
seccin transversal.
Un mtodo de extrusin de tubos usa una palanquilla hueca como
material de partida. El hueco puede ser hecho por fundicin, por
maquinado o por punzonado en caliente en una prensa adicional.
Debido a que el hueco se puede oxidar durante el calentamiento, el
uso de palanquillas huecas puede dar un tubo con una superficie
interna oxidada.
Figura 7-9. Extrusin de tubos a) punzonado; b) extrusin.
Un mtodo ms satisfactorio para extrusar un tubo consiste en
utilizar una palanquilla slida la cual se punzona y extrusa en una
sola etapa en la prensa de extrusin. En una prensa de extrusin
moderna el mandril de punzonar es movido mediante un sistema
hidrulico diferente del que opera el vstago. El mandril se mueve
coaxialmente con el vstago, pero su movimiento es independiente
(figura 7-9). En la operacin el primer paso es fijar la palanquilla
con el vstago, mientras que el mandril de punzonar ha penetrado.
Entonces el vstago avanza y extrusa la palanquilla para producir el
tubo.
7.9.-Fabricacin de Tubos sin CosturaLos tubos pueden
clasificarse como tubos sin costura y tubos soldados, dependiendo
del procedimiento de fabricacin. Los tubos soldados se conforman en
lmina y son soldados por fusin o por soldadura elctrica. La
extrusin es un mtodo excelente para producir tubos sin costura,
especialmente para metales que son difciles de trabajar. Sin
embargo, existen otros procesos muy bien establecidos para la
produccin de tubos sin costura los cuales son generalmente ms
econmicos.
Figura 7-10. a) Tren Mannesmann; b) Tren de mandril; c) Tren
rotativo; d) Tren alisador.
El tren Mannesmann [figura 7-10(a)] se usa exclusivamente para
el punzonado giratorio de palanquillas de acero y de cobre. El
proceso emplea dos rodillos con forma de barril los cuales son
colocados a cierto ngulo uno con respecto al otro. Estos cilindros
dan a la palanquilla un movimiento helicoidal que la hace avanzar
hacia el mandril de punzonar. La presin de los cilindros que acta
alrededor de la periferia de la palanquilla inicia un agrietamiento
en el centro, justamente enfrente de la punta del mandril. El
mandril de punzonar ayuda en la operacin abriendo ms el centro de
la palanquilla y dando el dimetro del tubo.
Los tubos producidos en el tren Mannesmann requieren,
usualmente, una elaboracin posterior para darles las dimensiones
finales. Esto suele hacerse en un tren de mandril [figura 7-10(b)],
el cual es fundamentalmente un tren do con un mandril. En esta
operacin se reduce el espesor de la pared y el dimetro, alargndose
el tubo. Para fabricar tubos grandes a partir de los obtenidos en
el tren mandril, se pasa el tubo por un tren rotativo [figura
7-10(c)]. En esta operacin se disminuye el espesor de la pared y
aumenta el dimetro. Despus se pasa el tubo a travs de un tren
alisador [figura 7-10(d)], el cual elimina la ligera forma ovalada
resultante de las operaciones previas. La operacin final en la
fabricacin de tubos de acero sin costura consiste en pasarlos por
un tren do, con cilindros acanalados, que ajusta el dimetro externo
final.
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