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Extrusão
Apresentação
Extrusão é um processo de conformação mecânica que consiste na compressão de um cilindro sólido, por exemplo, de metal alumínio, chamado de Tarugo ou Billet, de encontro a um orifício existente em uma matriz (molde ou ferramenta), com o intuito de fazer o material fluir por esse orifício e formar um perfil extrusado, sob o efeito de altas pressões e elevadas temperaturas de trabalho. Este processo de extrusão é conhecido como extrusão direta.
Descrição Básica do Processo
Todo o processo de extrusão ocorre com o metal no estado sólido, diferente do processo de Injeção onde o metal está no estado líquido. A extrusão pode ser a frio ou a quente, sendo que normalmente quando é a quente o processo ocorre com o metal aquecido a uma faixa de temperatura que está diretamente atrelada ao metal e a liga que será extrusada. Pode-se dizer que a temperatura de extrusão para o alumínio, por exemplo, é de 450 a 540 graus Celsius, mas além do alumínio, é comercialmente comum extrusar os metais cobre, aços carbono e aços inoxidáveis.
Tipos de Extrusão
Extrusão Direta , trata-se do processo onde a matriz (ferramenta) fica fixa. O tarugo é colocado em um container (camisa) móvel. Os dois (camisa e tarugo) são aproximados e posicionados contra a matriz e um êmbolo (pistão) comprime este tarugo contra a matriz formando o perfil.
Extrusão Indireta ou Inversa , trata-se do processo de extrusão onde a matriz, que é fechada, e o contâiner, estão fixos. O pistão, que dará o aperto no tarugo de alumínio que será extrusado, sempre é móvel, no entanto no processo de extrusão inversa o metal ao invés de escoar pela parte interna da matriz e sair do seu lado posterior, retorna sobre o pistão formando um copo ou um cartucho, por exemplo.
Aplicações
Muitas Indústrias produzem utilizando-se do processo de Extrusão, além da Indústria Metalúrgica a Indústria de Alimentos é um bom exemplo disso. Na indústria de Alimentos pode-se encontrar massas de diversos tipos de foram produzidas por extrusão, sem falar em ração para animais domésticos, comida para cães, gatos, peixes e coelhos, dentre muitos outros. Na Indústria de Plásticos, onde um excelente exemplo de produto confeccionado por extrusão, são os Forros de Isolamento Térmico em PVC, muito comuns hoje em dia, bem como perfis para janelas e portas em PVC.
O processo de extrusão foi iniciado no final do século 19, ou seja, é um processo muito novo. A extrusão do metal chumbo iniciou as pesquisas definitivas referentes ao processo e, durante a segunda guerra mundial, a extrusão foi determinante para a fabricação de equipamentos militares na indústria aeronautica.
Basicamente a extrusão consiste em produzir peças com uma de suas três dimensões, demasiadamente aumentada em comparação as outras duas, ou seja, formam-se peças alongadas e com um enorme comprimento, chamadas de barras.
No ramo da construção civil, o padrão de mercado para esta dimensão (comprimento das barras), normalmente é de seis metros, mas pode ser comercializado em comprimentos diferenciados.
Quanto as outras duas dimensões (largura e espessura), comercialmente procura-se enquadra-las dentro de medidas inscritas em círculos que variam de 2, 4, 6, 8 ou até mais polegadas de diâmetro. Muitas das peças atualmente produzidas são inferiores a 4 polegadas (+/- 101 mm) de diâmetro, mas existem peças enormes que hoje são produzidas por extrusão.
No caso do metal alumínio, onde este processo de produção é muito conhecido e utilizado para produzir peças para as mais variadas aplicações, o nome do equipamento que produz as peças extrusadas se chama de Extrusora ou Prensa.
Com isso acrescenta-se uma maior vida útil a uma matriz e pode-se produzir mais peças com a mesma matriz sem que ela venha a se desgastar e se inutilizar.
Inúmeras possibilidades de perfis podem ser confeccionadas pelo processo de extrusão, hoje se diz que esta possibilidade chega a ser ilimitada. Um dado muito importante para o dimensionamento correto de uma linha de extrusão, e até no desenvolvimento de uma matriz (ferramenta), é o peso Kg/metro do perfil a ser produzido. Ele é obtido multiplicando-se a área (mm²) pelo peso específico do metal que será extrusado, no caso do alumínio adotar como base 2,705 (g/cm³), sendo que resposta básica desta conta é o peso por metro linear da peça estrusado. Outro fator importante é a definição do diâmetro do círculo inscrito.
Linha de Extrusão Uma linha de extrusão é composta principalme nte por uma prensa extrusora que é um equipament o hidráulico, normalment e posicionado na horizontal, acompanhado de um forno de aquecimento de tarugos, forno de aquecimento de matrizes, mesa de extrusão, mesa de estiramento, mesa de corte, carrinhos de armazenamento, forno de tratamento térmico e máquina embaladora, além disso acompanham também, diversos sistemas de controle de pressão, controle de temperatura, controle de processo e computadores, que proporcionam controles a toda a linha produtiva.
Tudo com pouca ou muita automatização de processo, já que existem linhas onde a influência humana está muito presente em todas as etapas produtivas, isso ocorre quando as peças produzidas possuem geometrias pequenas e os tarugos acompanham esta tendência, ou seja, são pequenos. Existem linhas produtivas que sequer um ser humano se faz presente, pois tratam-se de linhas onde são fabricadas peças grandes e utilizam tarugos pesados.
Para ver um catálogo completo sobre diversos equipamentos utilizados no processo de extrusão, Clique aqui. (Fonte: Grancoclark)
Além da extrusora, o forno de aquecimento de matrizes , local onde são armazenas as matrizes (ferramentas) para serem aquecidas e poderem entrar em trabalho produtivo, se faz necessário. Seu dimensionamento está diretamente ligado a quantidade de tipos diferentes de matrizes e perfis extrusados que se deseja produzir em um dado tempo de trabalho.
O forno de aquecimento de tarugos é um equipamento que serve para aquecer o tarugo de metal, antes de ser extrusado, facilitando assim o processo e aliviando os esforços para que a extrusão ocorra, no caso da extrusão ser a quente. Ele pode ser aquecido a Gás GLP, Gás Natural, Óleo Diesel ou Eletricamente (indução ou resistências), onde o fator determinante para a escolha de qual sistema a adotar é o custo energético envolvido, deve ter um tamanho que seja suficiente para aquecer o material, deixa-lo em condições de ser extrusado, sem que ocorra a oxidação excessiva tanto externa como interna do metal.
A mesa de extrusão pode possuir muita automatização, com sistema de Puller (Puxador automático controlado por CLP) ou pouca automatização, com pessoas puxando as peças diretamente da frente da máquina.
O metal após passar pela mesa de estrusão é transferido para uma que se chama de mesa de estiramento que, como o próprio nome diz, realiza o estiramento do metal, puxando-o para garantir a retilineidade e dimensional ao mesmo.
A mesa de corte realiza o corte das barras para redução do comprimento da barra e nele a peça final é concluída, além disso, a mesa de corte serve para segregar as partes danificadas pelo processo de estiramento (pontas das barras, por exemplo).
Todas estas mesas ainda podem ser agrupadas e serem transformadas em uma única mesa que realiza todo este trabalho automaticamente.
Os carrinhos de transporte são os equipamentos que levam as barras produzidas até um forno de tratamento térmico. O forno de tratamento térmico é o local onde se agregam as características mecânicas ao metal, proporcionando que o mesmo obtenha maior resistência, normalmente o processo adotado é o processo de envelhecimento, para o metal alumínio.
A máquina de embalagem embala os perfis automaticamente, liberando-os para o cliente. Todo este clico produtivo é seguido por inúmeras inspeções de qualidade, e como elevadas temperaturas e pressões estão presentes a inspeção mecânica dos equipamentos e matrizes são constantes.
Forças Envolvidas na Extrusão Ao comprimir um tarugo, duas Forças são geradas, a Força de Atrito , que é aquela gerada entre o tarugo e as paredes internas da container (camisa) e a Força de Cisalhamento , que é aquela necessária para deformar o tarugo e fazê-lo passar pela matriz.
A força de cisalhamento é função da temperatura, pois quanto maior for a temperatura, menor será a força de cisalhamento. Quanto menor for a temperatura mais força será necessária para cisalhar o metal, mais sofrerá a prensa e a matriz, no entanto, melhor serão as características do metal.
Deve-se tentar trabalhar com o metal a uma temperatura mais baixa possível, para que não ocorram oxidações superficiais dos tarugos, oxidações internas no metal, imperfeições devido a estas oxidações, desgaste e amolecimento da matriz.
No caso de haver um aquecimento indesejado devido ao atrito e a compressão contra a matriz, pode ocorrer o esfarelamento do metal. Quanto maior for a velocidade de extusão, maior será a produção, no entanto, mais violenta será a deformação e o o atrito resultante, por consequência haverá um aumento da temperatura do sistema. Todas estas variáveis devem ser periodicamente controladas para um melhor acabamento dos perfis e um melhor resultado no processo.
originando o perfil desejado. Após a eletro erosão, realiza-se o polimento e a nitretação da matriz, deixando- a aptar a ser trabalhada.
Após a conclusão da matriz de extrusão, leva-se a mesma para a prensa extrusora e realiza-se a extrusão do perfil, analisando-se completamente todos os parâmetros produtivos básicos envolvidos, tais como, pressões, forças, tempos, temperaturas, produção, tolerâncias dimensionais e acabamento do perfil que foi produzido, estado final da matriz e tratamento térmico do próprio perfil de alumínio, inspecionando-os completamente e conferindo-os com os desenhos técnicos para liberá-lo e entrar em produção seriada.
Defeitos de Extrusão
Apesar de todos os possíveis controles operacionais existentes, defeitos podem aparecer, são eles:
1) DEFEITOS SUPERFICIAIS
Trinca a quente - originária de temperaturas elevadas de trabalho.
Arrancamento - originária da trinca da camada que fica estacionária dentro da "camisa" e que fica aderida na matriz.
2) ANEL DE ÓXIDOS (CORING)
Como o centro do tarugo move-se mais rápido que a superfície, gera-se uma zona de imperfeição que pode se apresentar no perfil no final da extrusão. No centro está o metal mais "limpo", com o mínimo de impurezas se comparado a superfície. Na superfície do tarugo existe uma camada de óxidos oriunda do resfriamento do tarugo, quando de sua fabricação e/ou solubilização. Esta camada de óxido normalmente é a última parte a ser extrusada, ou fica retida na pastilha sólida que será rejeitada quando a extrusão termina. Dependendo de como for o fluxo da extrusão, devido a geometria da matriz (perfil a ser formado), esta camada superficial pode se infiltrar e aparecer na superfície do perfil extrusado, não ficando retida na pastilha de alumínio (parte residual da extrusão). Este defeito pode ser muito grave, pois dada a utilização que terá o perfil, esta camada poderá ser um ponto fragilizante, já que mesma não proporciona um perfeito caldeamento (soldagem) do alumínio, na zona onde ela aparece. Isso é mais sério em perfis tubulares mas também aparece em perfis sólidos. Somente retirando-se esta camada de óxido superficial existente no tarugo, é que se pode minimizar ou até eliminar a possibilidade de existência deste defeito, ou seja, para não se apresentar este defeito ele não deve estar presente é no tarugo.
3) BOLHAS
As bolhas podem ser originárias de vários motivos, desde de a retenção de hidrogênio ou ar aprisionado no metal quando de sua fundição para a formação do tarugo, como de ar que fica aprisionado entre a matriz e a frente da pastilha de aço, ambos dentro da camisa. Nesta zona (matriz, alumínio, pastilha de aço e interno da camisa) pode acontecer o acúmulo de ar que não consegue ser expelido no momento da extrusão, migrando para a zona de extrusão e sendo expelido de dentro para fora no perfil extrusado. Pode aparecer tando no início como no fim da extrusão. Recomenda-se que exista um espaço entre a pastilha de aço e o interior da camisa, para que este ar possa ser expelido.
4) CASCA DE LARANJA
O defeito de casca de laranja pode ser ocasionado pelo puller, nomomento da extrusão, ou pelo estiramento, logo após a extrusão. Como a função do estiramento é de esticar e endireitar o perfil extrusado, trazendo-o para dentro das tolerâncias dimensionais exigidas por norma, ou pelo cliente, este estiramento se for feito em demasia, pode acarretar diferentes tensões entre a superfície do metal e seu interior, um deformando-se mais do que o outro, havendo assim um "enrrugamento" do perfil. Percebe-se este defeito com mais freqüência em peças (tubos) com paredes grossas e em vergalhões.
5) SOLDA TRANSVERSAL
Muito similar ao defeito anterior. Trata-se da existência de óxidos superficiais indesejados na junção superfície de contato matriz e superfície de contato do tarugo. Ponta do tarugo. esta superfície oxidada de alumínio, pode se extender por toda a peça extrusado gerando pontos fragilizantes em peças com elevada responsabilidade mecânica e deve ser evitada. Proteção atmosférica seria uma alternativa, outra seria a usinagem, desbaste da ponta do tarugo. No caso de ficar alumínio retido no interior de uma matriz e a mesma ser reaquecida, existe a possibilidade desta camada de óxido ser mais espessa também originando este defeito. Deve-se minimizar ou eliminar qualquer tipo de óxido superficial existente no processo.
6) SOLDA LONGITUDINAL
Este tipo de defeito ocorre quando os óxidos, sejam eles oriundos do tarugo ou de alumínio que foi reaquecido em uma matriz, alinha-se longitudinalmente em todo o perfil extrusado. Este defeito é muito comum e vísivel em perfis tubulares redondos, onde no momento da extrusão o tarugo de alumínio é subdividido no interior da matriz, levando com ele em cada parte, um pouco de óxido (normalmente da superfície do tarugo) que quando do momento do caldeamento (soldagem) não deixa que o metal realmente forme uma massa sólida e homogênea, gerando uma linha de óxidos em toda a extensão da peça extrusada. A cor dessa camada de óxido ressalta aos olhos, pois possui um tom escuro, cinza escuro, em todo o comprimento do perfil. Deve-se minimizar ou eliminar qualquer tipo de óxido superficial existente no processo.
7) MANCHAS ESCURAS QUE ESFARELAM
Este tipo de defeito refere-se a impurezas oriundas do interior do tarugo de alumínio. Podem ser escória (óxido) que ficou retida no interior do tarugo, quando o mesmo não é filtrado no momento do vazamento. Quando esta escória é fina, espalha-se sobre a superfície do perfil extrusado, ao longo de todo ele ou em pontos isolados, deformando-o. Quando esta escória é grosseira, deposita-se parcialmente na superfície do perfil deformando-o ou deposita-se na superfície da matriz servindo como um tampão, não deixando com que o perfil se forme em sua totalidade. Pode gerar frisos indesejados, por exemplo. A alumina (óxido de alumínio) é muito mais dura que o aço e dependendo de como este óxido se aloja na matriz, pode deformá- la definitivamente. Para corrigir este defeito, deve-se filtrar os tarugos de alumínio eliminando-se definitivamente este tipo de macro-óxido de seu interior.
8) ONDAS INDESEJADAS NA SUPERFÍCIE DO PERFIL
Observa-se este defeito, logo após a extrusão e antes do estiramento. Trata-se da oscilação da pressão, no momento da extrusão, que deixa sua marca no perfil de alumínio. O perfil extrusado fica com um aspecto superficial de pequenas e infinitas lombadas e mini-calombos. O estiramento normalmente corrige este defeito de processo produtivo.
Extrusão
É um processo de transformação termomecânica no qual um tarugo de metal é reduzido em sua seção
transversal quando forçado a fluir através do orifício de uma matriz (ferramenta), sob o efeito de altas
pressões e temperatura. Como uma pasta de dente sendo expelida para fora de seu tubo.
