Estrusión

Pa ver les roques formaes por estrusión de magma, Roca volcánica.

Aluminiu estruyío; perfiles aptos pa conectores especiales.

Tipos d'estrusión.

La estrusión ye un procesu utilizáu pa crear oxetos con seición tresversal definida y fixa. El material embúrriase o s'estrayi al traviés d'un troquel d'una seición tresversal deseyada. Los dos ventayes principales d'esti procesu percima de procesos manufacturados son l'habilidá pa crear seiciones tresversales bien complexes con materiales que son argayadizos, porque'l material solamente atopa fuercies de compresión y de cizallamiento. Amás les pieces finales formar con una terminación superficial escelente.^[1]

La estrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales llongures) o semicontinua (produciendo munches partes). El procesu d'estrusión puede faese col material caliente o fríu.

Los materiales estruyíos comúnmente inclúin metales, polímeros, cerámiques, formigón y productos alimenticios.

Historia

En 1797, Joseph Bramah patentó'l primer procesu d'estrusión pa faer un tubu de plomu. Ésti consistía nel precalentamiento del metal pa depués pasalo por un troquel por aciu un émbolu a mano. El procesu nun foi desenvueltu sinón hasta 1820, cuando Thomas Burr construyó la primer prensa hidráulica. Hasta esi momentu'l procesu llamóse squirting. En 1894 Alexander Dick espandió'l procesu d'estrusión al cobre y aleaciones de bronce.^[2]

Procesos

El procesu empieza col calentamientu del material. Ésti cárgase darréu dientro del contenedor de la prensa. Asítiase un bloque na prensa de forma que seya emburriáu, faciéndolo pasar pol troquel. Si son riquíes meyores propiedaes, el material puede ser tratáu por aciu calor o trabayáu en fríu.^[2]

El ratio d'estrusión defínese como l'área de la seición tresversal del material de partida estremada pel área de seición tresversal del material a la fin de la estrusión. Una de les principales ventayes del procesu d'estrusión ye qu'esti ratio puede ser bien grande y entá producir pieces calidable.

Estrusión en caliente

La estrusión en caliente faise a temperatures elevaes, asina s'evita'l trabayu forzáu y faer más fácil el pasu del material al traviés del troquel. La mayoría de la estrusión en caliente realízase en prenses hidráuliques horizontales con rangu de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000 psi), polo que la lubricación ye necesaria, pue ser aceite o grafitu pa baxes temperatures d'estrusión, o polvu de cristal p'altes temperatures d'estrusión. La mayor desventaxa d'esti procesu ye'l costu de les maquinaries y el so caltenimientu. ^[1]

Temperatures de dellos metales na estrusión en caliente^[1]

Material	Temperatura [°C (°F)]
Magnesiu	350-450 (650-850)
Aluminiu	350-500 (650-900)
Cobre	600-1100 (1200-2000)
Aceru	1200-1300 (2200-2400)
Titaniu	700-1200 (1300-2100)
	1000-1200 (1900-2200)
Aleaciones Refractaries	Mayores a 2000 (4000)

El procesu d'estrusión ye xeneralmente económicu cuando son producíos dellos kilogramos (llibres) y munches tonelaes, dependiendo de los materiales que fueron emplegaos nel procesu. Por casu, en dellos aceros vuélvese más económicu si prodúcense más de 20.000 kg (50.000 lb).^[2]

• Matrices d'aluminiu pa estrusión en caliente
• 
  Front side of a four family die. For reference, the die is 228 mm (9.0 in) in diameter.
• 
  Close up of the shape cut into the die. Notice that the walls are drafted and that the back wall thickness varies.
• 
  Back side of die. The wall thickness of the extrusion is 3 mm (0.12 in).

Estrusión en fríu

Artículu principal: Estrusión en fríu

La estrusión fría realízase a alredor de la temperatura ambiente. La ventaya d'ésta sobre la estrusión en caliente ye la falta d'oxidación, lo que se traduz nuna mayor fortaleza debíu al trabayu en fríu o tratamientu en fríu, estrecha tolerancia, bon acabáu de la superficie y rápida velocidá d'estrusión si'l material ye sometíu a curtios calentamientos.^[1]

Los materiales que son comúnmente trataos con estrusión fría son: plomu, estañu, aluminiu, cobre, circoniu, titaniu, molibdenu, beriliu, vanadiu, niobiu y aceru.

Dellos exemplos de productos llograos por esti procesu son: los tubos plegables, l'estintor de quemes, cilindros del amortiguador, pistones automotores, ente otros.

Estrusión tibia

La estrusión tibia faise percima de la temperatura ambiente pero per debaxo de la temperatura de recristalización del material, nun intervalu de temperatures de 800 a 1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Esti procesu úsase xeneralmente pa llograr l'equilibriu apropiáu nes fuercies riquíes, ductilidad y propiedaes finales de la estrusión.^[3]

La estrusión tibia tien delles ventayes comparada cola estrusión fría: amenorga la presión que tien de ser aplicada al material y aumenta la ductilidá del aceru. Inclusive puede esaniciar el tratamientu térmicu riquíu na estrusión en fríu.

Equipamientu

Esisten distintes variaciones nel equipamientu pa la estrusión, que estrémense por cuatro carauterístiques fundamentales:^[1]

1. Movimientu de la estrusión con rellación al material que va ser sometíu a estrusión: Si'l troquel sostener de forma estacionaria y el material de partida mover escontra él, trátase d'una "estrusión direuta". Si'l material de partida ta estacionariu y el troquel mover escontra'l material de partida, trátase entós d'una "estrusión indireuta".
2. La posición de la prensa, yá seya vertical o horizontal.
3. El tipu de manexu, yá seya hidráulicu o mecánicu.
4. El tipu de carga aplicada, yá seya convencional (variable) o hidráulica.

Esisten dellos métodos pa la formación de cuévanos internos na estrusión. Una vía ye usar una barra bueca y entós usar un mandril fixu o flotante. El mandril fixu tamién ye conocíu como tipu alemán, integráu dientro'l dummy block y el mangu. El mandril flotante tamién ye conocíu como tipu francés, flotadores nes hendiduras nel dummy block alliniar col mesmu al troquel cuando asocede la estrusión. Si una barra sólida úsase como material entós esta debe, primero, ser pasada pol mandril, antes de ser estruyida pol troquel. Utilízase una prensa especial pa controlar el mandril independientemente del material de partida.^[1] La barra sólida puede inclusive ser usada col troquel gatuña, troquel tronera o troquel ponte, toos estos tipos de troqueles incorporaos al mandril nel troquel y caltienen el mandril nel llugar. Mientres la estrusión el metal estrémase y flúi alredor de los sostenes, dexando una llinia de soldadura nel productu final.^[4]

El procesu d'estrusión típicu cuesta más de 100.000 dólares, mientres el troqueláu puede costar hasta 2000.

Estrusión direuta

Gráficu de fuercies riquíes por dellos procesos d'estrusión.

La estrusión direuta, tamién conocida como estrusión delantera, ye'l procesu más común d'estrusión. Ésti trabaya asitiando la barra nun recipiente fuertemente reforzáu. La barra ye emburriada al traviés del troquel pol torniellu o carneru. Hai un dummy block reusable ente'l torniellu y la barra pa caltenelos separaos. La mayor desventaxa d'esti procesu ye la fuercia riquida na estrusión de la barra, ye mayor que la precisada na estrusión indireuta porque la fuercia de resfregón introducida pola necesidá de la barra de percorrer dafechu'l contenedor. Por eso la mayor fuercia riquida ye al empiezu del procesu y escai según la barra va escosándose. A la fin de la barra la fuercia aumenta grandemente porque la barra ye delgada y el material tien de fluyir non radialmente pa salir del troquel. El final de la barra, llamáu tacón final, nun ye usáu por esta razón.^[5]

Estrusión indireuta

Na estrusión indireuta, tamién conocida como estrusión tardiega, la barra y el contenedor muévense xuntos mientres el troquel ta estacionariu. El troquel ye sosteníu nel llugar por un soporte'l cual tien de ser tan llargu como'l contenedor. El llargor máximu de la estrusión ta dada pola fuercia de la columna del soporte. Al movese la barra col contenedor, el resfregón ye esaniciada.^[6]

Ventayes:

• Un amenorgamientu del 25 a 30% de la fuercia de resfregón, dexa la estrusión de llargues barres.
• Hai un menor enclín pa la estrusión de sedase o quebrase porque nun hai calor formáu pol resfregón.
• El recubrimientu del contenedor va durar más debíu al menor usu.
• La barra ye usada más uniformemente tal que los defectos de la estrusión y les zones perifériques aspres o granulares son menos probables.

Desventaxes:^[6]

• Les impureces y defectos na superficie de la barra afecten la superficie de la estrusión. Antes de ser usada, la barra tien de ser llimpiada o pulida con un cepiyu d'alambres.
• Esti procesu nun ye versátil como la estrusión direuta porque l'área de la seición tresversal ye llindada pol máximu tamañu del tarmu.

Estrusión hidrostática

Na estrusión hidrostática la barra ye dafechu arrodiada por un líquidu a presión, sacante onde la barra fai contautu col troquel. Esti procesu puede ser fechu caliente, tibiu o fríu. Comoquier, la temperatura ye llindada pola estabilidá del fluyíu usáu. El fluyíu pue ser presurizáu por dos víes:^[6]

1. Razón d'estrusión constante: l'émbolu ye usáu pa presurizar el fluyíu dientro del contenedor.
2. Razón d'estrusión constante: una bomba ye usada, posiblemente con un intensificador de presión, pa presurizar el fluyíu, que ye bombiáu al contenedor.

Les ventayes d'esti procesu inclúin:^[6]

• Non resfregón ente'l contenedor y la barra, amenorgando la fuercia riquida. Esta finalmente dexa mayores velocidaes, proporciones del amenorgamientu más altes y menores temperatures de la barra.
• Usualmente la ductilidad del material mengua cuando altes presiones son aplicaes.
• Llargues barres y llargues seiciones tresversales pueden ser extrúidas.

Desventaxes:^[6]

• Les barres tienen de ser preparaes, endelgazáu un estremu por que coincida col ángulu d'entrada del troquel. esto ye necesariu pa formar un sellu de primeres del ciclu. Usualmente les barres enteres precisen ser apolazaes pa quitar cualquier defectu de la superficie.
• Contener el fluyíu n'altes presiones puede ser dificultosu.

Emburrie

Munches de les prenses modernes d'estrusión direuta como indireuta usen emburrie hidráulicu, pero hai pequeñes prenses mecániques qu'entá s'usen. De les prenses hidráuliques hai dos tipos: prensa emburrie-direutu d'aceite y emburrie- acumulador d'agua.

Prensa d'emburrie-direutu d'aceite son les más comunes porque son fiables y robustes. Estes pueden producir sobre 5000 psi (34,5 MPa). Suple una presión constante a lo llargo de tola barra. La desventaxa ye que son lentes, ente 2 y 8 ips (51 a 203 mm/s).^[7]

Emburrie por acumulador d'agua son más cares y más grandes que la prensa d'emburrie direutu d'aceite, esta pierde sobre'l 10% de la so presión sobre'l golpe, pero son más rápides, sobre los 15 ips (381 mm/s). Por esto son usaes na estrusión del aceru. Tamién son usaes en materiales que tienen que ser calecíos a altes temperatures por razones de seguridá.^[7]

Les prenses d'estrusión hidrostática usualmente usen aceite ricino con presiones percima de 200 ksi (1380 MPa). L'aceite de ricino ye usáu pola so bona lubricación y la so alta propiedá de presión.^[8]

Defectos d'estrusión

• Quebradura de superficie - cuando hai resquiebros na superficie d'estrusión. Esto debe a la temperatura d'estrusión, resfregón, o velocidá bien alta. Esto puede pasar tamién a baxes temperatures, si'l productu temporalmente pégase al troquel.
• Defectu de tubu créase una estructura de fluxu qu'abasna los óxidos de la superficie y les impureces al centru del productu. Tales patrones que son frecuentemente causaos por altos resfregones o enfriamientu de la parte esterna de la barra.
• El agrietamiento interior o defectu Chevron produzse cuando'l centru de la espulsión desenvuelve resquiebros o vacíos. Estos resquiebros son atribuyíes a fuercies de tensión hidrostático na llinia central na zona de deformación nel troquel. Aumenta al aumentar l'ángulu de la matriz y la concentración d'impureces, y mengua al aumentar la rellación d'estrusión y el resfregón.

Materiales

Metal

Metales que son comúnmente usaos en procesos d'estrusión:^[9]

• Aluminiu : ye'l material más común, pue ser estruyíu caliente o fríu. Si ye estruyíu caliente ye calecíu de 300 a 600 °C(575 a 11 00 °F) . Exemplos d'esti productu inclúi armadures, marcos, barres y disipadores de calor ente otros.
• Cobre (600 a 1000 °C (1100 a 1825 °F)) cañeríes, alambres, vares, barres, tubos y electrodos de soldadura. De cutiu ríquense 100 ksi (690 MPa) para estruyir el cobre.
• Plomu y estañu (300 °C (máximu 575 °F)) cañeríes, alambres, tubos y forros esteriores de cables. La fundición de plomu tamién ye usada en vegada del prensado d'estrusión vertical.
• Magnesiu (300 a 600 °C (575 a 1100 °F)) en partes d'aviones y partes d'industries nucleares.
• Cinc (200 a 350 °C (400 a 650 °F)), vares, barres, tubos, componentes de hardware, montaxes y barandales
• Aceru (1000 a 1300 °C (1825 a 2375 °F)) vares y pistes, usualmente el carbón acerao simple ye estruyíu. L'aleación acero y aceru inoxidable tamién puede ser estruyida.
• Titaniu (600 a 1000 °C (1100 a 1825 °F)) componentes d'aviones, asientos, pistes, aniellos d'arranques estructurales.

L'aleación de magnesiu y aluminiu usualmente tien 0.75 μm (30 μin). RMS o meyor acabáu de superficie. El titaniu y l'aceru pueden llograr 3 μm (125 μin). RMS.^[1]

En 1950 Ugine Séjournet de Francia, inventó un procesu'l cual usaba cristal como llubricante pa estruyir aceru.^[10] El procesu Ugine-Sejournet o Sejournet ye agora usáu n'otros materiales que tienen temperatura de fusión mayor que l'aceru o que rique un llindáu rangu de temperatura la so estrusión. El procesu empieza pol calentamientu del material a la temperatura d'estrusión y entós ye endolcáu en polvu de cristal. El cristal fúndese y forma una fina capa qu'actúa como llubricante. Un espero aniellu de cristal sólidu con 0,25 a 0,75, ien (6 a 18 mm) d'espesura ye allugáu na cámara sobre'l troquel pa lubricar la estrusión mientres ye forzáu a pasar pol troquel. Una segunda ventaya del aniellu de cristal ye l'habilidá d'aisllar el calor de la barra del troquel. La estrusión va tener una capa de cristal de 1 mil d'espesura, la que puede ser fácilmente privada cuando s'esfrez.^[3]

Otru descubrimientu na lubricación ye l'usu del revestimiento de fosfatu. Con esti procesu xunto a la lubricación con cristal, l'aceru puede estruyise con estrusión fría. La capa de fosfatu absuerbe al cristal líquidu pa ufiertar una meyor propiedá de lubricación.^[3]

Plásticos

Vista en seición d'un estrusor de plásticos, amosando los componentes.

La estrusión plástica de normal usa estielles plástiques o pellets que tán usualmente seques nun depósitu d'alimentación o tolva antes de dir al torniellu d'alimentación (husillo). La resina del polímeru ye calecida hasta l'estáu de fusión por resistencies que s'atopen nel cañón de la estrusora y el calor por resfregón proveniente del torniellu d'estrusión (husillo). El husillo fuercia a la resina a pasar pol cabezal dándo-y la forma deseyada (llámina, cilíndrica, tires, etc.). El material estruyío esfrezse y se solidifica yá que ye tiráu del troquel a un tanque d'agua. En dellos casos (tales como los tubos de fibres reforzaes), el material estruyío ye pasáu al traviés d'un llargu troquel, nun procesu llamáu pultrusión, o n'otros casos pasa al traviés de rodiellos d'enfriamientu (calandria) pa sacar una llámina de les dimensiones deseyaes pa termoformar la llámina.

Úsase un ensame de polímeros na producción de tubería plástica, cañeríes, vares, barres, sellos, y llámines o membranes.

Cauchos

Similar a la estrusión con plásticos pero con un posterior vulcanizado por calor.

Cerámiques

Bote de Play-Doh verde xunto a un xuguete d'estrusión.

La cerámica tamién puede formase al traviés de la estrusión. La estrusión de la terracota úsase pa producir les cañeríes. Munchos lladriyos modernos tamién son manufacturados usando un procesu d'estrusión de lladriyos.^[11]

Alimentos

La estrusión tuvo una gran aplicación nel procesu d'alimentación. Productos como pastes, masa de la galleta, ceberes del almuerzu, la comíes pa ñácaru, los papes tostaes y la comida seca, ente otros, son principalmente manufacturados pola estrusión. Nel procesu, muélense los materiales hasta da-yos el tamañu correutu a les partícules (usando la consistencia de la farina ordinario). L'amiestu seco pásase al traviés d'un pre-acondicionador onde s'amiesten otros ingredientes (azucre líquidu, grases, tintes, carnes y agua que dependen del productu). L'amiestu pre condicionada pásase entós al traviés d'un estrusor forzándola a pasar por un troquel onde se corta al llargor deseyáu. El procesu de cocción tien llugar dientro del estrusor nel que'l productu produz el so propiu resfregón y calor por cuenta de la presión xenerada (10-20 bar). El procesu de cocción utiliza un procesu conocíu como'l gelatinización del almidón. Los estrusores qu'usen esti procesu tienen una capacidá de 1-25 tonelaes per hora.

L'usu de la espulsión nel procesu cocción apurre a los alimentos les siguientes carauterístiques:

• Gelatinización del almidón
• Desnaturalización de les proteína.
• Inactivación d'enzimes de comida crudes.
• La destrucción de toxines naturalmente.
• Amenorgamientu de microorganismos nel productu final.
• Llixeru aumentu de la biodisponibilidad de fierro.
• Creación d'almidones pa necesidaes de hiposensibilización d'insulina, un factor de riesgu pal desenvolvimientu de diabetes.^[12][13]
• Perda de lisina, un aminoácidu esencial necesariu pa la crecedera y el metabolismu del nitróxenu.^[12][13]
• Simplificación d'almidones complexos, aumentando les tases de deterioru dental.^[12][13]
• Destrucción de vitamina A (beta-caroteno).^[12][13]

La estrusión tamién ye utilizada pal desenvolvimientu de comida pa mascotes.

Tresportador de melecines

La estrusión al traviés de los filtros nano-porosos, poliméricos ta usándose para manufacturar suspensiones de lípidos. La droga del anti-cáncer Doxorubicina nel sistema de lliberación de liposoma produzse por estrusión, por casu.

Diseñu

Les pautes siguientes tienen de siguise pa producir una estrusión calidable. El tamañu máximu pa una estrusión ye determináu pel círculu más pequeñu que va encaxar alredor de la seición tresversal (llamáu círculu circunscripto). Esti diámetru, de la mesma controla'l tamañu del troquel riquíu, qué finalmente determina si la parte va encaxar na prensa. Por casu, una prensa más grande puede manipoliar círculos circunscritos de 6 dm (25") de diámetru pal aluminiu y 55 cm (22") del diámetru p'aceru y titaniu.^[1]

Les seiciones más trupes xeneralmente precisen un tamañu de la seición aumentáu. Por que el material fluya apropiadamente el soporte nun tien de ser mayor que 10 vegaes la so espesura. Si la seición tresversal ye asimétriques, la seición axacentes deben de tener tamañu lo más iguales posible. Tienen De evitase les esquines afilaes; p'aluminiu y magnesiu el radiu mínimu ten de ser 0,4 mm (1/64") y pa les esquines d'aceru tien de ser 0,75 mm (0.030") y los ángulos tienen de ser 3 mm (0.125"). La siguiente tabla llista la seición tresversal mínima y espesura pa los varios materiales.^[1]

Materiales	Seición tresversal mínima [cm² (sq. in.)]	Espesura mínima [mm (pulg.)]
Aceros de carbonu	2.5 (0.40)	3.00 (0.120)
Aceru inoxidable	3.0-4.5 (0.45-0.70)	3.00-4.75 (0.120-0.187)
Titaniu	3.0 (0.50)	3.80 (0.150)
Aluminiu	<2.5 (0.40)	1.00 (0.040)
Magnesiu	<2.5 (0.40)	1.00 (0.040)

Ver tamién

• Estrusión de polímeru
• Estrusión cárstica o estrusión freática

Referencies

Notes

1. Oberg et al. 2000, pp. 1348–1349.
2. Drozda, pp. 13-11 & 13-12.
3. Avitzur, B., «Metal forming», Encyclopedia of Physical Science & Technology, 8, San Diego: Academic Press, Inc., pp. 80–109 .
4. Drozda, p. 13-21.
5. Drozda, p. 13-13.
6. Drozda, p. 13-14.
7. Drozda, p. 13-16.
8. Drozda, p. 13-20.
9. Drozda, pp. 13-15 & 16.
10. Bauser, Martin; Sauer, Günther; Siegert, Klaus, Extrusion, ASM International, p. 270, ISBN 087170837X, https://books.google.com/books?id=9NnDQ0oJFLEC 
11. Brick manufacturing process
12. Beaufrand MJ, de la Guérivière JF, Monnier C, Poullain B.. "Effect of the extrusion process on the availability of proteins (Abstract)". PMID 707920.
13. Guy, Robin (2001). Extrusion Cooking: Technologies and Applications. Cambridge: Woodhead Publishing. pp. 111-116.

Bibliografía

• Drozda, Tom; Wick, Charles; Bakerjian, Ramon; Veilleux, Raymond F.; Petro, Louis, Tool and manufacturing engineers handbook: Forming, 2, SME, ISBN 0872631354, https://books.google.com/books?id=9ty5NPJ0UI4C .
• Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H., Machinery's Handbook (26ª edición), New York: Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-2635-3 .

Enllaces esternos

• Engineering Fundamentals. Estrusión.
• Estrusión; cross-sectional tolerances.
• Canal d'igualdá d'estrusión angular (la Wikipedia n'inglés).
• Estrusión d'impautu (la Wikipedia n'inglés).
• Revestimiento por estrusión (la Wikipedia n'inglés).