Introduccion
La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con
sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a
través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos
ventajas principales de este proceso por encima de procesos
manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy
complejas y el trabajo con materiales que son quebradizos, porque el
material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento.
También las piezas finales se forman con una terminación superficial
excelente.
La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma
indefinida materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas
partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o
frío.
Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos alimenticios.
Historia
En 1797, Joseph Bramah
patentó el primer proceso de extrusión para hacer un tubo de plomo.
Éste consistía en el precalentamiento del metal para luego pasarlo por
un troquel mediante un émbolo a mano. El proceso no fue desarrollado
sino hasta 1820, cuando Thomas Burr construyó la primera prensa
hidráulica. Hasta ese momento el proceso se llamó squirting. En 1894 Alexander Dick expandió el proceso de extrusión al cobre y aleaciones de bronce.
Procesos
El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga
posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque
en la prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel.
Si son requeridas mejores propiedades, el material puede ser tratado
mediante calor o trabajado en frío.
Extrusión en caliente
La extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el
trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del
troquel. La mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas
hidráulicas horizontales con rango de 250 a 12.000 t. Rangos de presión
de 30 a 700 Mpz (4400 a 102.000 psi), por lo que la lubricación es
necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas temperaturas de
extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión. La
mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su
mantenimiento.
Extrusión en frío
La extrusión fría es hecha a temperatura ambiente o cerca de la
temperatura ambiente. La ventaja de ésta sobre la extrusión en caliente
es la falta de oxidación, lo que se traduce en una mayor fortaleza
debido al trabajo en frío o tratamiento en frío,
estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rápida velocidad
de extrusión si el material es sometido a breves calentamientos.
Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son: los
tubos plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador,
pistones automotores, entre otros.
Extrusión tibia
La extrusión tibia se hace por encima de la temperatura ambiente pero
por debajo de la temperatura de recristalización del material, en el
rango de temperaturas de 800 a 1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Este
proceso es usualmente usado para lograr el equilibrio apropiado en las
fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales de la extrusión.
La extrusión tibia tiene varias ventajas rentables comparada con la
extrusión fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y
aumenta la ductilidad del acero. La extrusión tibia incluso puede
eliminar el tratamiento térmico requerido en la extrusión en frío.
Equipamiento
Existen diferentes variaciones en el equipamiento para la extrusión. Ellos varían en cuatro características fundamentales:
- Movimiento de la extrusión con relación al material que será sometido a extrusión: Si el troquel se sostiene de forma estacionaria y el material de partida se mueve hacia él, se trata de una "extrusión directa". Si el material de partida está estacionario y el troquel se mueve hacia el material de partida, se trata entonces de una "extrusión indirecta".
- La posición de la prensa, ya sea vertical u horizontal.
- El tipo de manejo, ya sea hidráulico o mecánico.
- El tipo de carga aplicada, ya sea convencional (variable) o hidráulica.
Extrusión Directa
La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es
el proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un
recipiente fuertemente reforzado. La barra es empujada a través del
troquel por el tornillo o carnero. Hay un dummy block reusable entre el
tornillo y la barra para mantenerlos separados.
Extrusión indirecta
En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada,
la barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está
estacionario. El troquel es sostenido en el lugar por un soporte el cual
debe ser tan largo como el contenedor. La longitud máxima de la
extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte. Al moverse
la barra con el contenedor, la fricción es eliminada.
Extrusión hidrostática
En la extrusión hidrostática la barra es completamente rodeada por un
líquido a presión, excepto donde la barra hace contacto con el troquel.
Este proceso puede ser hecho caliente, tibio o frío. De cualquier modo,
la temperatura es limitada por la estabilidad del fluido usado. El
fluido puede ser presurizado por dos vías:
- Razón de extrusión constante: el émbolo es usado para presurizar el fluido dentro del contenedor.
- Razón de extrusión constante: una bomba es usada, posiblemente con un intensificador de presión, para presurizar el fluido, el cual es bombeado al contenedor.
Empuje
Muchas de las prensas modernas de extrusión directa como indirecta
usan empuje hidráulico, pero hay pequeñas prensas mecánicas que aún se
usan. De las prensas hidráulicas hay dos tipos: prensa empuje-directo de
aceite y empuje- acumulador de agua.
Prensa de empuje-directo de aceite son las más comunes porque son
fiables y robustas. Estas pueden producir sobre 5000 psi (34,5 MPa).
Suple una presión constante a lo largo de toda la barra. La desventaja
es que son lentas, entre 2 y 8 ips (51 a 203 mm/s).
Empuje por acumulador de agua son más caras y más grandes que la
prensa de empuje directo de aceite, esta pierde sobre el 10% de su
presión sobre el golpe, pero son más rápidas, sobre los 15 ips (381
mm/s). Por esto son usadas en la extrusión del acero. También son usadas
en materiales que tienen que ser calentados a altas temperaturas por
razones de seguridad.
Las prensas de extrusión hidrostática usualmente usan aceite ricino
con presiones por encima de 200 ksi (1380 MPa). El aceite de ricino es
usado por su buena lubricación y su alta propiedad de presión.
Defectos de extrusión
- Quebradura de superficie - cuando hay grietas en la superficie de extrusión. Esto se debe a la temperatura de extrusión, fricción, o velocidad muy alta. Esto puede pasar también a bajas temperaturas, si el producto temporalmente se pega al troquel.
- Defecto de tubo - Se crea una estructura de flujo que arrastra los óxidos de la superficie y las impurezas al centro del producto. Tales patrones que son frecuentemente causados por altas fricciones o enfriamiento de la parte externa de la barra.
- El agrietamiento interior o defecto Chevron se produce cuando el centro de la expulsión desarrolla grietas o vacíos. Estas grietas son atribuidas fuerzas de tensión hidrostática en la línea central en la zona de deformación en el troquel. Aumenta al aumentar el ángulo de la matriz y la concentración de impurezas, y disminuye al aumentar la relación de extrusión y la fricción.
Plásticos
La extrusión plástica
normalmente usa astillas plásticas o pellets que están usualmente secas
en un depósito de alimentación o tolva antes de ir al tornillo de
alimentación (husillo). La resina del polímero es calentada hasta el
estado de fusión por resistencias que se encuentran en el cañón de la
extrusora y el calor por fricción proveniente del tornillo de extrusión
(husillo). El husillo fuerza a la resina a pasar por el cabezal dándole
la forma deseada (lámina, cilindrica, tiras, etc.). El material extruido
se enfría y se solidifica ya que es tirado del troquel a un tanque de
agua. En algunos casos (tales como los tubos de fibras-reforzadas), el
material extruido es pasado a través de un largo troquel, en un proceso
llamado pultrusión, o en otros casos pasa a través de rodillos de
enfriamiento (calandria) para sacar una lámina de las dimensiones
deseadas para termoformar la lámina.
Se usa una multitud de polímeros en la producción de tubería plástica, cañerías, varas, barras, sellos, y láminas o membranas.
Ademas de en los plasticos la extrusion se utiliza en :
-Metales
-Cauchos
-Ceramicas
-Alimentos 
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