L’ Estrusione
Il processo di estrusione consiste nel forzare per compressione un materiale attraverso un foro sagomato di una matrice o filiera applicando pressioni elevate e può essere eseguito a caldo o a freddo; tale lavorazione
viene impiegata prevalentemente per la trasformazione di leghe leggere ed ottoni, ma anche (a caldo) per gli acciai. Mediante l’estrusione si producono tubi, barre e profilati di varie dimensioni e forme anche complesse, con buone finitura superficiale e precisione dimensionale.
Metodi di estrusione:
- Diretta: quando è il massello, spinto dal pistone, a muoversi rispetto alla matrice. La forza è massima all’inizio per la sovrapposizione delle forze di attrito e di deformazione. Si riduce con il progredire del processo al decrescere della forza di attrito. Torna a crescere alla fine in concomitanza della formazione di angoli morti nel massello
- Inversa: quando è la matrice a muoversi rispetto al massello di materiale. La forza è massima all’inizio per via del processo di deformazione. La componente di attrito ha un valore costante e minimo non essendoci moto tra massello e contenitore. La forza aumenta alla fine in concomitanza della formazione di angoli morti nel massello
La forza necessaria per estrudere un materiale è quindi variabile in funzione di:
- Metodo di estrusione utilizzato
- Angolo di apertura della matrice
- Deformazioni interne del materiale
- Temperatura alla quale avviene il processo
Forza di estrusione:
La forza di estrusione deve essere tale da operare la deformazione e vincere gli attriti. Relativamente al suo andamento, la forza è diversa tra estrusione diretta ed estrusione inversa. Diventa elevatissima in concomitanza della fine del processo a causa del complicarsi del flusso di materiale ed in generale l’estrusione diretta richiede macchine più grandi mentre il pistone per l’estrusione inversa è più costoso. Inoltre la forza di estrusione è influenzata grandemente dalla temperatura.
Il processo di estrusione consente di ottenere profili anche complessi e di lunghezza definita dal peso del massello di partenza.
Le macchine utilizzate sono presse meccaniche con sistema biella-manovella che consentono alte velocità di estrusione oppure presse idrauliche con sistema cilindro-pistone che consentono oggi anch’esse elevate velocità e pressioni più uniformi.
Tipologie di estrusione:
ESTRUSIONE A CALDO: è adatta per materiali con un’elevata resistenza alla deformazione (leghe di ferro, leghe di alluminio, ottone) e richiede minori forze di deformazione ma presenta problemi quali:
- l’ossidazione della superficie del pezzo risolvibile cercando di provocare, in vari modi, il distacco dell’ossido dal pezzo durante il processo
- la lubrificazione per facilitare il processo, per via delle alte temperature. Si utilizzano lubrificanti speciali, p.e. vetrosi per materiali ferrosi, a base di grafite per i non ferrosi
ESTRUSIONE A FREDDO: è adatta per materiali con bassa resistenza alla deformazione come leghe di stagno e piombo. Il processo a freddo consente di ottenere:
- Migliori caratteristiche meccaniche
- Migliore finitura superficiale
- Migliore precisione dimensionale
Cosa sono le matrici di estrusione
Le matrici sono l’elemento più importante per l’estrusione. Normalmente sono fabbricate in acciai speciali per utensili o in metalli duri sinterizzati.
La matrice è composta da due parti:
- Sezione conica di imbocco
- Sezione cilindrica di calibratura
È fondamentale la relazione tra angolo di apertura della matrice ed angolo di scorrimento del materiale per evitare angoli “morti” nel contenitore.
Il foro presenta un collare calibrato con duplice funzione:
- rifinire e stabilizzare la superficie del profilato
- evitare la rapida usura della matrice
Il collare non deve essere eccessivamente esteso per non creare troppo attrito
I difetti di estrusione
Durante il processo di estrusione occorre evitare che gli attriti sulle diverse sezioni del profilato possano innescare tensioni e deformazioni a causa di diverse velocità di efflusso, a tal fine è opportuno dimensionare diversamente le lunghezze del collare in funzione della sezione interessata.
Estrusione di tubi partendo da un forato
L’estrusione è un processo utilizzato anche per la produzione di tubi, partendo:
- Da un forato utilizzando l’estrusione diretta
- Da un pieno utilizzando l’estrusione inversa ed ottenendo un estruso “a bicchiere
Il forato viene inserito nel contenitore ove il pistone è munito di mandrino con diametro pari al diametro interno del tubo da ottenere.
Il materiale deve fluire tra la matrice ed il mandrino ottenendo il profilo richiesto.
Estrusione da pieno
- Il pistone estrude “a bicchiere” il massello cilindrico
- Il tappo viene tolto e sostituito da una matrice con il diametro richiesto
Estrusione idrostatica
La forza viene esercitata da un fluido ad alta pressione che, evitando il contatto massello-contenitore, evita le resistenze di attrito. La forza necessaria risulta simile a quella del processo inverso.
Come fluido, sono utilizzabili i lubrificanti del processo di estrusione tradizionale come sostanze vetrose che fondono a contatto con il massello a T° di circa 1200°C
Quali sono i problemi? La preparazione del contenitore per renderlo ermetico al fluido e lo stesso dicasi per le fasi di apertura-chiusura del contenitore.
Estrusione per urto
Questo processo di estrusione viene utilizzato per la realizzazione a freddo di tubetti e contenitori di stagno o alluminio.
Circa il 90% del lavoro di deformazione spesso si trasforma in calore che rimane nel pezzo. Per l’estrusione di acciaio si procede con il riscaldamento del massello utilizzando presse molto veloci. Le dimensioni massime consentite sono lunghezze di circa 250 mm e larghezze da 10 a 100 mm.