Extrusión de aluminio 101: una guía completa de su proceso

En los últimos años, la extrusión de aluminio ha seguido siendo un aspecto esencial de la innovación y la producción de productos. Es una parte importante de nuestra vida diaria, ya que los fabricantes utilizan este proceso para fabricar distintos componentes para hogares, lugares de trabajo y muchos más.

Aunque las piezas de aluminio extruido se utilizan en todas partes, mucha gente apenas las nota. La extrusión de aluminio tiene diversas aplicaciones en distintos sectores gracias a sus notables características. Este artículo tratará sobre la extrusión de aluminio, sus técnicas, ventajas y desventajas, y las consideraciones clave para el diseño de extrusión. ¡Vamos a ello!

¿Qué es la extrusión de aluminio?

La extrusión de aluminio consiste en calentar y empujar una aleación de aluminio a través de una matriz con una forma de sección transversal prediseñada. Un émbolo firme empuja el aluminio a través de la matriz y lo arrastra a lo largo de una mesa de salida durante la operación. Por lo general, puede modificar la abertura de la matriz para crear varias formas y tamaños que cumplan las especificaciones de su producto.

Este proceso es una técnica sencilla; es fácil de entender a nivel fundamental. La fuerza implicada en la extrusión de aluminio es similar a la que se utiliza cuando se aprieta un tubo de pasta de dientes con los dedos. Además, la matriz de extrusión tiene una función similar a la abertura del tubo de pasta de dientes. La extrusión sale como una larga extrusión sólida porque la abertura es un círculo sólido.

Distintas técnicas de extrusión de aluminio

Hay dos técnicas principales de extrusión de aluminio: la extrusión directa y la indirecta.

Extrusión directa de aluminio

Esta es la técnica de extrusión de aluminio más utilizada. El extrusor de aluminio coloca el tocho/aluminio calentado en un contenedor con paredes calentadas mientras un émbolo móvil empuja el metal a través de la abertura de la matriz con fuerza. Este paso produce una gran cantidad de presión.

Además, los operarios suelen colocar bloques de material entre el aluminio calentado (tocho) y el émbolo, para evitar que entren en contacto. La mayoría de los proveedores y fabricantes llaman a esta técnica proceso de extrusión directa/hacia delante porque el aluminio y el émbolo se mueven hacia delante en la misma dirección.

Extrusión indirecta de aluminio

La extrusión indirecta o inversa es totalmente diferente de la técnica directa. En este proceso, el aluminio calentado y el contenedor se mueven simultáneamente mientras la matriz permanece en la misma posición. Los operarios suelen utilizar un «vástago» para realizar esta operación. La longitud del vástago debe ser mayor que la longitud del contenedor. Así, el vástago fuerza el tocho de aluminio a través de la matriz estacionaria.

La extrusión inversa genera menos fricción en comparación con la técnica de extrusión directa. Tiene una mejor característica de control del calor. Este resultado puede deberse a la fuerza aplicada, que es relativamente constante. Además, la temperatura constante garantiza una mejor estructura de grano y mejores características mecánicas. Como resultado, la calidad del producto en las extrusiones indirectas suele ser fiable.

¿Qué formas se pueden extruir?

El proceso de extrusión de aluminio tiene capacidades ilimitadas en cuanto a las formas disponibles en diversas especificaciones y tamaños. La extrusión es fundamental para varios sectores; esto hace que sea bastante difícil enumerar todos sus tipos. Las principales categorías de extrusión incluyen:

• Formas huecas: formas como tubos o perfiles con secciones transversales variables (es decir, rectángulos, círculos, cuadrados, etc.)
• Formas semisólidas: tales formas incluyen canales, ángulos y otras formas parcialmente abiertas.
• Formas sólidas: esto incluye barras y varillas sólidas con distintas secciones transversales (es decir, cuadrados, círculos, rectángulos, etc.)
• Formas de extrusión de aluminio personalizadas: estos tipos de formas suelen tener múltiples extrusiones. Además, podrían ser formas entrelazadas con varios perfiles de color. Estas formas se ajustan con precisión a las especificaciones del diseñador.

Guía paso a paso del proceso de extrusión de aluminio

Paso 1: preparar la matriz de extrusión

El primer paso es fabricar una matriz de forma redonda o utilizar una existente si está disponible. Precaliente la matriz a exactamente 450-500ᵒC antes de iniciar el proceso de extrusión. Esto ayuda a garantizar que el metal pase de manera uniforme y maximiza la longevidad de la matriz. Puede cargar la matriz en la prensa de extrusión tras el procedimiento de precalentamiento.

Paso 2: precalentar el tocho de aluminio

Lo siguiente es cortar el tocho cilíndrico de un lingote estirado de material y luego precalentar el tocho en un horno a 400-500ᵒC. Esta técnica prepara el tocho, haciéndolo maleable para la operación. Garantiza que no esté fundido.

Paso 3: mover el tocho a la prensa de extrusión

Transfiera el tocho a la prensa mecánicamente tras precalentarlo. No obstante, añádale lubricante antes de introducir el tocho en la prensa. Además, asegúrese de aplicar un agente desmoldeante al émbolo de extrusión. En consecuencia, esto ayuda a evitar que el tocho y el émbolo se unan.

En este punto, el tocho maleable está listo en la prensa de extrusión. Aquí, el émbolo hidráulico puede aplicar exactamente 15.000 toneladas de presión. Esta presión fuerza el tocho maleable dentro del contenedor. El material de aluminio se estira hasta llenar las paredes del contenedor.

Paso 4: presionar el material extruido contra la matriz

El material de aluminio que llena las paredes del contenedor se presiona contra la matriz de extrusión. Es necesario aplicar presión al material de forma continua. Así, el material extruido emerge a través de la abertura de la matriz completamente conformado.

Paso 5: templar la extrusión

Un tirador agarra la extrusión, manteniéndola en su lugar tras salir de la prensa. Protege la extrusión al salir de la prensa mientras la aleación se somete a un proceso de «temple» al desplazarse por la mesa. El perfil se enfría de manera uniforme con un baño completo de agua o un ventilador.

Paso 6: cortar la extrusión a la longitud de la mesa

Una vez que la extrusión de aluminio alcanza la longitud total de la mesa, utilice una sierra en caliente para cortarla. Sin embargo, tenga en cuenta que la temperatura es esencial en cada paso del método de extrusión. A pesar del proceso de temple, la extrusión no siempre está aún totalmente enfriada.

Paso 7: enfriar la extrusión a temperatura ambiente

Tras completar el proceso de corte, traslade las extrusiones a una superficie de enfriamiento desde la mesa de salida. Los perfiles permanecen allí hasta que alcanzan la temperatura ambiente. En cuanto llegan a temperatura ambiente, comienza el estirado.

Paso 8: transferir las extrusiones a la estiradora y estirarlas hasta alinearlas

En esta etapa, descubrirá ciertas torceduras en la forma del aluminio extruido que necesitan corrección. Le vendría bien una estiradora para reparar estas torceduras. Sujete cada perfil manualmente por distintos extremos mientras los tira hasta que queden completamente rectos. Este procedimiento ayuda a ajustar la extrusión a la especificación deseada.

Paso 9: transferir la extrusión a la sierra de acabado y cortarla a la longitud

En esta etapa, cuando las extrusiones están totalmente enderezadas y endurecidas por deformación, ya puede trasladarlas a la mesa de sierra. Lo siguiente es cortar las extrusiones en las longitudes deseadas. Estas longitudes suelen estar entre 8 y 21 pies. Traslade estas extrusiones al horno para su envejecimiento al temple adecuado (T6 o T5) tras completar el proceso de aserrado.

Paso 10: realizar operaciones secundarias (tratamiento térmico, fabricación y acabado superficial)

Una vez completado el proceso de extrusión, puede mejorar las propiedades de estos perfiles tratándolos con calor. Tras el tratamiento térmico, considere la fabricación de las extrusiones si hay dimensiones que necesitan corrección. Además, añadir acabados superficiales ayuda a mejorar el aspecto estético y las propiedades de resistencia a la corrosión del aluminio extruido.

¿Qué factores afectan al aluminio extruido?

Aunque los pasos de extrusión del proceso de extrusión de aluminio explicados anteriormente puedan parecer fáciles y automatizados, estos pasos pueden ser muy complicados. El proceso de extrusión es bastante complejo y depende de la relación entre numerosos parámetros que deben gestionarse. Estos incluyen los siguientes:

1. Velocidad de extrusión

En general, la velocidad de extrusión es directamente proporcional a la temperatura dentro del contenedor y a la presión del metal. Para mantener un proceso estable y proporcionar un segmento extruido constante, la velocidad, la temperatura y la presión deben estar adecuadamente correlacionadas.

2. Relación de extrusión

La relación de extrusión de cualquier forma es un indicador de la cantidad de trabajo mecánico que se realizará durante el proceso de extrusión. Cuando la relación de extrusión de una sección es relativamente baja, habrá un trabajo mecánico mínimo en las zonas de la forma que implican la mayor masa de metal. Cuando la relación de extrusión es alta, por otro lado, se requiere más presión. La presión sirve para forzar el metal a través de aberturas pequeñas.

3. Temperatura del tocho

La temperatura ideal del tocho proporciona condiciones superficiales adecuadas y tolerancias aceptables. Asimismo, garantiza el tiempo de ciclo más corto posible. Siempre es preferible tener la temperatura más baja posible para la extrusión del tocho. Temperaturas demasiado altas harán que el metal fluya con mayor libertad. El metal podría resistirse a entrar en zonas confinadas. Así, las dimensiones de la forma pueden quedar fuera de las tolerancias especificadas. Del mismo modo, las temperaturas altas pueden hacer que el metal se rasgue en bordes finos y esquinas afiladas.

4. Prensa de extrusión

El peso por pie se vuelve importante en la extrusión de aluminio debido a las distintas prensas de extrusión. Extruir porciones más ligeras, como es de esperar, requiere prensas más pequeñas. Sin embargo, otras cuestiones pueden requerir prensas de mayor capacidad.

Un ejemplo común es una forma de extrusión hueca más grande y de paredes delgadas. A pesar de tener un bajo peso por pie, el tonelaje de la prensa de extrusión requerido puede ser mayor. El efecto es similar al de la relación de extrusión. Un factor más alto hace que la pieza sea más difícil de extruir. Como resultado, esto repercute en la producción de la prensa.

5. Formas de extrusión

La forma determina la complejidad y los costes de extruir un componente. El proceso de extrusión de aluminio puede crear una amplia variedad de formas, pero tiene algunas restricciones. Las formas sólidas sencillas, por ejemplo, serán considerablemente más fáciles, rápidas y económicas de extruir que las formas semihuecas. Cuanto más complicada es la forma, más difícil y cara es de extruir.

Tras la finalización con éxito de los procesos de extrusión y temple, también debe supervisar cuidadosa y estrechamente estos parámetros:

• Dimensiones y tolerancias del producto
• Macroestructura de las barras/tubos/perfiles
• Acabado superficial
• Propiedades mecánicas
• Otras consideraciones especiales de calidad

Opciones de postratamiento disponibles para el aluminio de extrusión

Las opciones de postratamiento para los perfiles extruidos ayudan a mejorar sus propiedades. Estas son algunas de esas opciones:

Procesos de tratamiento térmico del metal

Para mejorar su resistencia máxima a la tracción y su límite elástico, puede tratar térmicamente las aleaciones de aluminio de las series 5000, 6000 y 7000. Para ello, debe introducir estos perfiles en hornos donde se envejecen rápidamente.

Mecanizado mecánico

El mecanizado mecánico del aluminio extruido no es un solo proceso; implica un conjunto de métodos que ayudan a mejorar la superficie de la extrusión de aluminio. Estos incluyen el corte, el pulido, el lijado y el esmerilado. A diferencia de las aplicaciones químicas, hay que utilizar medios abrasivos para aplicar fuerza mecánica a la superficie del aluminio y alisarla. Ayuda a mejorar su superficie en preparación para otra operación de acabado.

Tratamiento superficial

Las barras de aluminio pueden recibir distintos tratamientos de acabado. Esto ayuda a mejorar el aspecto de estos perfiles extruidos y sus propiedades de corrosión.

●Anodizado

El anodizado es un proceso que ayuda a reforzar la capa de óxido presente de forma natural en el aluminio. Lo hace mejorando sus propiedades de resistencia a la corrosión. Además, el anodizado del aluminio hace que el metal sea más resistente al desgaste, reforzando la emisividad de la superficie y creando una superficie porosa que puede aceptar diversos tintes de color.

●Pintura

Los fabricantes suelen pintar las extrusiones por razones estéticas. Sin embargo, también ayuda a aumentar su longevidad y a reducir el coste de mantenimiento. También puede aplicar distintos colores a los perfiles de aluminio extruido, proporcionando una protección contra la corrosión.

●Granallado

El granallado ayuda a eliminar los residuos y la cascarilla presentes en un componente mecanizado tras los tratamientos térmicos. Este procedimiento ayuda a aportar textura a la superficie a la vez que elimina otros contaminantes que puedan quedar tras el tratamiento térmico. El granallado ayuda a facilitar operaciones posteriores, como el mecanizado y la pintura, dando a sus perfiles de aluminio extruido un estético acabado mate.

Ventajas y desventajas de las extrusiones de aluminio

La mayoría de los fabricantes prefieren el proceso de extrusión de aluminio a otros procesos de producción por su extraordinaria combinación de tenacidad y ligereza. Sin embargo, la extrusión de aluminio tiene más ventajas desde la perspectiva del sector. Estas son algunas de esas ventajas:

• El aluminio extruido suele ser rígido y más resistente.
• Bajo coste industrial.
• Alta flexibilidad de operación.
• Suelen ser una opción de fabricación económica y competitiva para manejar secciones transversales complejas.
• Los productos extruidos tienen un acabado superficial perfecto y son más resistentes que los fabricados con aluminio fundido.

No obstante, es esencial señalar que la extrusión de aluminio tiene algunas desventajas a pesar de sus enormes ventajas.

• Las extrusiones de aluminio suelen estar limitadas por la capacidad del contenedor de acero de la prensa de extrusión.
• La matriz de extrusión suele estar sometida a condiciones de trabajo duras como alta temperatura y fricción, lo que hace que se desgaste con facilidad. Esto afecta en general a la resistencia y la vida útil del molde.

Aplicaciones de las piezas de aluminio extruido

Las cualidades del material hacen de la extrusión de aluminio un proceso de fabricación eficaz y eficiente para muchos sectores. La resistencia a la tracción del material y su relación resistencia-peso lo hacen perfecto para extruir carcasas de transmisión, chasis de vehículos, bloques de motor y muchas otras piezas esenciales.

La extrusión de aluminio desempeña un papel vital en la producción de reactores nucleares, dispositivos de refrigeración en electrónica, aires acondicionados y tubos de condensador. El aluminio extruido tiene propiedades no magnéticas que lo hacen adecuado para cables de vivienda, cables coaxiales y envolventes de aluminio.

Además, las propiedades de resistencia a la corrosión y al óxido de este material de aluminio lo hacen ideal para aplicaciones en exteriores. Es importante señalar que las extrusiones de aluminio tienen altas propiedades reflectantes. Como resultado, son excelentes para proteger productos de la radiación infrarroja, la luz y las ondas de radio.

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Conclusión

La extrusión de aluminio es un proceso de producción económico que ayuda a fabricar distintos productos con formas variadas. Este proceso ayuda a fabricar distintas formas simples o complejas con excelentes propiedades del producto. Puede crear perfiles de 8 a 24 pies de largo que se pueden fabricar, tratar térmicamente y dotar de opciones de acabado para adaptarse mejor a la especificación de su producto. No obstante, debe seguir cuidadosamente los pasos de extrusión y los consejos de diseño para obtener los mejores resultados.

Preguntas frecuentes

¿Qué aleaciones de aluminio son adecuadas para la extrusión？

El aluminio 6063 es ideal para el proceso de extrusión. Sin embargo, el 6061 suele ser más resistente. Por tanto, si la resistencia es un requisito principal para una aplicación, el 6061 es la elección adecuada entre los dos.

¿Qué factores afectan a los costes de la extrusión de aluminio？

Los factores críticos que influyen en los costes de la extrusión de aluminio son los costes de matriz y utillaje, los costes actuales del aluminio, los costes de mano de obra y producción, el acabado superficial y las operaciones secundarias, y el volumen de producción.

¿Qué aluminio es mejor para la extrusión, el 6061 o el 7075?

Ambas aleaciones de aluminio son adecuadas para la extrusión, ya que son tratables térmicamente. El aluminio 6061 es mejor para la extrusión debido a su alta conductividad térmica. Aunque el 7075 es mucho más resistente que el 6061, se funde rápidamente a una temperatura más baja.