Introduzione al processo di estrusione dell'alluminio
Negli ultimi decenni si è registrato un aumento significativo nell’utilizzo dell’estrusione di alluminio per la progettazione e la produzione dei prodotti. Se non hai familiarità con questo processo di produzione, potresti chiederti quale sia il suo funzionamento e i suoi vantaggi.
Cos'è l'estrusione di alluminio?
Arriva l'estrusione di alluminio in varie forme, comprese forme solide, semi-cave e cave. Queste estrusioni svolgono un ruolo fondamentale nel modellare e migliorare la funzionalità di numerosi prodotti di uso quotidiano, dagli elettrodomestici alle automobili. La popolarità degli estrusi di alluminio tra i clienti deriva dalle loro notevoli proprietà di robustezza, stabilità, resistenza alla corrosione e leggerezza. I prodotti di consumo come i mobili da giardino e i motoscafi beneficiano della natura leggera degli estrusi di alluminio, mentre le attrezzature sportive diventano più durevoli grazie al loro utilizzo.
La storia del processo di estrusione dell'alluminio
L’estrusione di alluminio ha una lunga storia, che dura da oltre 100 anni, ed è stata utilizzata in modi innovativi sin dal suo inizio. Sebbene inizialmente fosse utilizzato per produrre tubi e cavi, le sue applicazioni si sono evolute fino a includere usi futuristici nella costruzione di stazioni spaziali.
Il processo di estrusione fu brevettato per la prima volta nel 1797 per la creazione di tubi di piombo e si basava sul lavoro manuale fino all'introduzione delle presse idrauliche nel 1820. Verso la fine del XIX secolo, le tecniche di estrusione venivano utilizzate anche per le leghe di rame e ottone, ma per l'alluminio leghe, l’estrusione ha preso una strada distinta nella sua applicazione.
Fasi del processo di estrusione dell'alluminio
Il processo di estrusione dell’alluminio prevede diverse fasi, tra cui:
Progettazione e creazione dello stampo
Viene creata una fustella per adattarla alla forma e alle dimensioni desiderate del prodotto finale. La matrice di estrusione dell'alluminio è solitamente realizzata in acciaio o Lega di acciaio al tungsteno e può durare per migliaia di estrusioni. Il costo del materiale è normalmente superiore alla metà del costo totale dello stampo.
Preparazione della billetta di alluminio
La billetta di alluminio, o materia prima, è normalmente una lunga canna da colata. Viene tagliato alla lunghezza corretta e riscaldato a una temperatura che gli consente di essere sufficientemente malleabile per essere estruso.
Estrusione
La billetta di alluminio riscaldata viene inserita nella pressa di estrusione e spinta attraverso la matrice di estrusione, che modella l'alluminio nella forma desiderata.
Raffreddamento
L'alluminio estruso viene raffreddato con aria o acqua, che gli aiuta a mantenere la sua forma. Sono i diversi metodi di raffreddamento che hanno reso l'estrusione finale in diversi stati di trattamento termico, come T6, T651 o T5. Alcuni metodi popolari per raffreddare sono: lasciare che l'estrusione passi attraverso una cascata, spruzzare l'estrusione con aria fredda o una miscela aria-acqua.
Finitura
L'alluminio estruso viene spesso tagliato alla lunghezza desiderata e poi sottoposto a tutti i processi di finitura necessari, come verniciatura, anodizzazione, spruzzo di polvere o lucidatura.
Controllo di qualità
Le estrusioni finali di alluminio vengono ispezionate per garantire che soddisfino le specifiche desiderate, tra cui dimensioni, forma e resistenza.
Spedizione
I prodotti finiti di estrusione di alluminio vengono imballati e spediti al cliente per essere utilizzati in varie applicazioni.
Parti della macchina per l'estrusione dell'alluminio
La macchina per l'estrusione dell'alluminio, nota anche come estrusore, è un'attrezzatura industriale complessa composta da più parti. Queste parti lavorano insieme per convertire il materiale di alluminio grezzo in una varietà di forme estruse. Alcune delle parti principali di una macchina per l'estrusione di alluminio includono:
Preriscaldatore per billette
Questa parte della macchina preriscalda la billetta di alluminio alla temperatura ideale per l'estrusione. La billetta viene riscaldata ad una temperatura compresa tra 350°C e 500°C, a seconda della lega e delle proprietà di estrusione desiderate.
Pressa per estrusione
Questo è il cuore della macchina ed è responsabile dell'applicazione della pressione sulla billetta riscaldata per forzarla attraverso la matrice di estrusione. La stampa è composta da a cilindro idraulico, un pistone e un contenitore per contenere la billetta.
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Una matrice è uno strumento specializzato che modella l'alluminio mentre viene estruso. È realizzato in acciaio temprato o Acciaio al tungsteno ed è progettato per resistere alla pressione e alla temperatura estreme del processo di estrusione.
Sistema di raffreddamento
Dopo che l'alluminio è stato estruso, deve essere raffreddato per evitare che si deformi o si deformi. Il sistema di raffreddamento è costituito da spruzzi d'acqua o getti d'aria che raffreddano rapidamente l'alluminio estruso.
Puller
Una volta raffreddato, l'estrusione di alluminio viene estratta dalla matrice tramite un estrattore. L'estrattore è un insieme di rulli o cinghie che afferrano la forma estrusa e la estraggono dalla matrice a velocità controllata.
Sega da taglio
La parte finale della macchina è la troncatrice, che taglia la sagoma estrusa alla lunghezza desiderata. La sega è solitamente controllata da computer e può eseguire tagli precisi entro pochi millimetri.
Diversi tipi di estrusione
Il processo di estrusione diretta e il processo di estrusione indiretta sono due diversi metodi di estrusione dell'alluminio.
Nell'estrusione diretta, nota anche come estrusione diretta, la billetta viene posizionata in un contenitore e un pistone viene utilizzato per spingere la billetta attraverso l'apertura della matrice. La forza esercitata dal pistone fa sì che l'alluminio scorra attraverso l'apertura della matrice, assumendo la forma della matrice. Alla fine del processo la parte estrusa viene espulsa fuori dalla matrice. L'estrusione diretta viene comunemente utilizzata per creare forme solide, come aste, barre e tubi.
L'estrusione indiretta è anche nota come estrusione all'indietro o estrusione inversa. Invece di spingere la billetta attraverso la matrice come nel processo di estrusione diretta, nel processo di estrusione indiretta la matrice viene spinta contro la billetta per creare la forma di estrusione desiderata. La matrice viene posizionata sull'estremità di una mazza (mandrino cavo), la billetta viene posta in un contenitore, la mazza viene quindi forzata a spostarsi verso la billetta, la billetta passa attraverso la matrice e si realizza l'estrusione dell'alluminio. Il vantaggio principale è che non c'è attrito sulla superficie della billetta. Ciò diminuisce i carichi di estrusione e quindi consente di utilizzare la macchina più piccola per la stessa estrusione di alluminio, oppure di realizzare estrusioni più grandi per la stessa macchina. Inoltre, non viene generato calore dall'attrito tra billetta e contenitore. Ciò rende il flusso di estrusione migliore e con meno variabili e si traduce in un processo più coerente e più semplice, inoltre il materiale estruso finale ha una tolleranza migliore e una forma più stabile.
Sia il processo di estrusione diretta che quella indiretta presentano vantaggi e svantaggi. Il processo di estrusione diretta è un processo più semplice e in genere più veloce, rendendolo più conveniente per la produzione di forme semplici. Il processo di estrusione indiretta, invece, consente di creare forme più complesse e può produrre parti con una maggiore integrità strutturale grazie all'uniformità del flusso di materiale.
Quali fattori influenzano la qualità dell’estrusione dell’alluminio?
La forma di una parte è un fattore importante che influisce sia sul costo che sulla facilità di estrusione. Sebbene sia possibile estrudere un'ampia gamma di forme, esistono limiti a ciò che può essere prodotto con successo in base a fattori quali dimensioni, lega, rapporto di estrusione, rapporto linguette, tolleranza, finitura e rapporto scarti.
Nel processo di estrusione, le dimensioni, la forma, la lega, il rapporto di estrusione, il rapporto linguetta, la tolleranza, la finitura e il rapporto scarti sono tutti interdipendenti, insieme ad altri fattori come la velocità di estrusione, la temperatura della billetta e la pressione di estrusione. La velocità di estrusione è generalmente proporzionale sia alla temperatura del metallo che alla pressione generata all'interno del contenitore, ma la lega e la forma estrusa possono limitare la temperatura e la pressione che possono essere utilizzate.
Temperature di estrusione più basse possono produrre forme con una migliore qualità superficiale e dimensioni più precise, ma ciò richiede pressioni più elevate. Tuttavia, temperature della billetta e velocità di estrusione eccessivamente elevate possono provocare un flusso fluido di metallo che riempie vuoti più ampi sulla faccia della matrice e resiste all'ingresso in aree ristrette, portando le dimensioni della forma a scendere al di sotto delle tolleranze. Anche gli spigoli vivi e i bordi sottili possono strapparsi a causa della diminuzione della resistenza alla trazione a temperature eccessivamente elevate, e il contatto tra il metallo e le superfici portanti dello stampo può essere incompleto e irregolare.
Pertanto, la temperatura ideale della billetta è quella che fornisce condizioni superficiali e di tolleranza accettabili, consentendo al contempo il tempo di ciclo più breve possibile. Tuttavia, alcune leghe possono richiedere temperature di trattamento termico della soluzione specifiche per ottenere proprietà meccaniche ottimali. Nel complesso, trovare il giusto equilibrio tra i fattori di estrusione è fondamentale per estrudere con successo la forma desiderata.
La velocità di estrusione è tipicamente inferiore per le leghe con proprietà meccaniche più elevate a causa del maggiore attrito tra la billetta e la parete del rivestimento, che si traduce in un tempo più lungo necessario per avviare l'estrusione. Il rapporto di estrusione, calcolato come l'area della billetta divisa per l'area della forma, è un indicatore della quantità di lavoro meccanico che avverrà durante l'estrusione.
Quando il rapporto di estrusione è basso, la struttura metallurgica della forma estrusa si avvicina alla condizione di grana grossa del pezzo fuso, che è meccanicamente debole. Pertanto, le forme con un rapporto di estrusione inferiore a 10:1 potrebbero non soddisfare le garanzie sulle proprietà meccaniche. Al contrario, rapporti di estrusione elevati comportano lavorazioni meccaniche estreme e richiedono una pressione maggiore per forzare il metallo attraverso aperture più piccole dello stampo. Il normale intervallo del rapporto di estrusione per le leghe dure è compreso tra 10:1 e 35:1 e per le leghe morbide è compreso tra 10:1 e 100:1, ma questi limiti non sono assoluti e possono essere influenzati dalla forma dell'estrusione.
Il fattore di difficoltà, calcolato come il perimetro della forma diviso per il peso per piede, è un altro fattore che influenza le prestazioni di estrusione. Un fattore più elevato indica una parte più difficile da estrudere, che influisce sulla produzione della pressa. Anche il rapporto della lingua, calcolato elevando al quadrato l'apertura più piccola rispetto al vuoto e dividendolo per l'area totale della forma, gioca un ruolo nel determinare le prestazioni di estrusione di una parte, con rapporti più alti che indicano una maggiore difficoltà durante l'estrusione.
Vantaggi dell'estrusione di alluminio
L’estrusione dell’alluminio offre numerosi vantaggi, tra cui:
Flessibilità di progettazione
L'estrusione può creare forme e profili complessi che potrebbero non essere possibili con altri metodi di produzione, consentendo ai progettisti di creare componenti personalizzati per applicazioni specifiche. Ad esempio, alcune caratteristiche (ad esempio gli angoli acuti) sono difficili da realizzare con il CNC, a volte le forme di estrusione di alluminio personalizzate possono risolvere questo problema.
Economicamente vantaggioso
L'estrusione è spesso più conveniente rispetto ad altri metodi di produzione, poiché richiede meno attrezzature e tempi di configurazione.
Leggero
L'alluminio è un materiale leggero, il che rende i componenti estrusi ideali per l'uso in applicazioni in cui il peso è un problema.
Forza e durata
Gli estrusi di alluminio offrono elevata resistenza e durata, rendendoli adatti all'uso in un'ampia gamma di applicazioni.
Sostenibilità
L'alluminio è un materiale sostenibile che può essere riciclato, rendendo i componenti estrusi rispettosi dell'ambiente.
Opzioni di finitura superficiale
Gli estrusi di alluminio possono essere rifiniti in vari modi, tra cui anodizzazione, verniciatura e rivestimento a polvere, offrendo ai progettisti una gamma di opzioni di finitura superficiale.
Conduttività termica
L'alluminio è un buon conduttore di calore, rendendo gli estrusi ideali per l'uso in applicazioni in cui è richiesta la dissipazione del calore.
Conclusione
In conclusione, l’estrusione dell’alluminio è un’attività altamente versatile e produzione economicamente vantaggiosa processo per la creazione di forme e profili complessi da materiali in alluminio. Grazie alla capacità di produrre parti di varie dimensioni, forme e complessità, l'estrusione di alluminio viene utilizzata in un'ampia gamma di settori come quello automobilistico, edile, aerospaziale e dei beni di consumo. Il processo prevede il riscaldamento di una billetta cilindrica di alluminio e il suo passaggio attraverso una matrice di estrusione per creare la forma o il profilo desiderato. La parte estrusa viene quindi raffreddata e tagliata alla lunghezza richiesta. Con i suoi numerosi vantaggi, tra cui flessibilità di progettazione, durata e sostenibilità, l'estrusione di alluminio continua a essere una scelta popolare sia per i produttori che per i progettisti.