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Extrusão de perfis de alumínio
António Palma, Portalex Alumínio 21 Março 2014
- (alguns) Princípios e desafios - Princípios e desafios
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Lisboa, OERC, 21-03-2014
Agenda
• O processo de extrusão
• Principais fatores a controlar
• Matrizes
• Caso prático
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Workshop
Produtores mundiais de alumínio 1950-2012
Gráfico 1- Evolução geográfica da produção de alumínio primário. Fonte: http://www.alueurope.eu
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O processo de extrusão
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Processo de Extrusão
A extrusão consiste na passagem a pressão elevada e a quente de um bilete ( ou
tarugo ou cilindro) de liga de alumínio, através de uma matriz (ou molde), para
obtenção de um perfil com a forma desejada.
Puller
Pista
Ventiladores Pista
Forno Biletes
Prensa
Serra Corte Final
Forno
Img. 2 – Processo de extrusão
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Elementos principais no processo de extrusão (de alumínio)
Bilete
Bolster
Backer
Ring Liner
Container
Stem (êmbolo)
Matriz Dummy block
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Extrusão - Fluxo do metal no container
Zonas “mortas”
1. Zonas “mortas”
2. Fluxo
directo 3. Fluxo na zona de
deformação do bilete
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Ciclo normal de pressão
Trabalho de deformação do alumínio
Trabalho para ultrapassar a fricção com o liner
Enchim
ento
do c
onta
iner
Trabalho necessário para iniciar deformação Força
Deslocação do stem
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Principais fatores a controlar
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Principais fatores que influenciam a qualidade e
produtividade
Temperatura
Velocidade Alinhamento
Matriz
Arrefecimento
Processo / Pessoas
Liga
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Temperatura, Temperatura, Temperatura Tem
pera
tura
(°C
)
440-500°C
Pre-
aquecimento
Envelhecimento Arrefecimento
185°C
~580°C
Vaza-
mento
(Casting)
2-3 hrs
5 hrs
Tempo
~700°C
~ 250°C
600
500
400
300
200
0
100
700
Homogeneização
Extrusão
Gama crítica de temperatura no
processo de extrusão em relação
à precipitação de partículas
grosseiras de Mg2Si
Tsolvus
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Temperatura de saída (tão elevada quanto possível),
importante para as propriedades mecânicas e qualidade
superficial
Tfusão
~ 250°C
Tem
pera
tura
(°C
)
(440-500°C)
Tempo (min)
600
500
400
300
200
0
100
700
0 1 2 3 4 5 6 7
6060 480°C >520°C
6063 490°C >520°C
6005/6106 510°C >530°C
6082/6061 535°C >540°C
Liga Tsolvus TSaída
Pré-aquecimento Extrusão Arrefecimento
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Efeito do pré-aquecimento do bilete na produtividade
~1% aumento de velocidade por cada 1°C
reduzido na temperatura de pré-aquecimento
V (m/min)
Temperatura de Pré-aquecimento do bilete (°C)
Extrusão
limitada pela
pressão
disponível
Productividade máxima
Extrusão limitada
pela qualidade
superficial
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Matr
izes r
etira
das p
or
superf
ície
(%
)
0
2
4
6
14
12
10
8
16
18
T < 460°C
T > 460°C
t = 3-4 hrs
t = 8 hrs
Efeito da temperatura e tempo de aquecimento da
matriz na qualidade superficial
Tempo no forno 4-8 horas
Temperatura da matriz à entrada para a prensa 450 10°C
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A pressão exercida pelo container na matriz diminui ao
longo da extrusão
Durante o ciclo de extrusão a pressão
do container passa de 500 MPa para
150 MPa…
Fricção no
container
Pressão da matriz
Principio Fim
Matriz
Principio Fim 500 MPa
Alumínio a pressão
constante
Backer
…Aumento da flexão
aqui
350 MPa 350 MPa
150 MPa
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Die
Princípio Fim 500 MPa
Alumínio a pressão
constante
Backer aumentando aqui
as deflexões
350 MPa 350 MPa
150 MPa
Linguetas – Diferenças frente / trás
A pressão do
container de 500 MPa
é reduzida para
150 MPa
Pressão do atrito
no container
Pressão na matriz
Princípio Fim
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Deflexão das linguetas – rotação do bearing
Redução da abertura
Alteração do ângulo do bearing
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Diferenças frente / trás – Matrizes tubulares
Durante a extrusão
Matriz
Princípio Fim 500 MPa
Alumínio a pressão
constante
Backer aumentando aqui
as deflexões
350 MPa 350 MPa
150 MPa
A pressão do
container de 500 MPa
é reduzida para
150 MPa
Pressão do atrito
no container
Pressão na matriz
Princípio Fim
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Matrizes
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Por vezes o processo é difícil de “domesticar”
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Contribuição da matriz para a qualidade superficial
• A matriz não pode melhorar um fraco controlo do processo
– Biletes sujos
– Biletes com má qualidade
– Mau controlo da temperatura
• Más matrizes podem destruir um bom controlo do processo
– Má conceção
– Má produção
– Demasiado polimento
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Topografia da superfície de extrusões de alumínio
Imagens com microscópio electrónico
Faixa colorida
Linhas de extrusão
Qual das duas depende da
matriz?
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Tool set / montagem
Container Container
Platen
Anel de
pressão
Platen
Anel de
pressão
Bolster Bolster
Ring Matriz tubular
Backer
Matriz
sólida Ring
Backer
C L
Tool stack
Bilete
Bolster
Backer
Ring Liner
Container
Stem (êmbolo)
Matriz Grain
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Fluxo da Soldadura (do bilete para o perfil)
P
o
n
t
e
Porthole
Macho
direcção
de
extrusão
Câmara
de soldadura
Soldadura
Placa da matriz
Corpo
Bilete de alumínio
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Caso prático
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1º TESTE:
• Espessura central fina
• Concavidade (cova) por baixo
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Feedback fabricante:
• relatório dimensional
• fotografias começos / matriz
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1ª correcção
(indicação do fabricante)
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Espessura continua baixa!
+ correções…
Na placa:
No coração:
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Após “todas” estas correcções:
Espessura
continua baixa
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Observação:
• Espessura diminui (frente / atrás)
=> O que acontece à matriz em extrusão?
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SUPORTE DA LINGUETA!!!
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COMPRAR INSERT
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Com novo insert:
RESULTADO – espessura OK