A extrusão de alumínio é um processo de fabricação que transforma tarugos sólidos de alumínio em perfis moldados. O processo parece simples. Aqueça um tarugo, empurre-o através de uma matriz e esfrie o perfil resultante. Na prática, cada etapa envolve múltiplas variáveis que devem ser controladas para alcançar uma qualidade consistente. Este artigo explica o processo em termos práticos, concentrando-se nas variáveis que os operadores controlam e nos problemas comuns que encontram.
O boleto: qualidade do material inicial
O processo começa com o boleto. Os tarugos são fundidos em alumínio fundido e são tipicamente cilíndricos, com diâmetros variando de seis a doze polegadas e comprimentos de dois a seis pés. A liga do tarugo determina as propriedades finais do perfil extrudado. Diferentes ligas possuem diferentes características de extrusão. Algumas ligas são fáceis de extrusar e produzem bom acabamento superficial. Outros são difíceis de extrusar e requerem um controle cuidadoso.
A qualidade do tarugo é crítica. Defeitos internos como porosidade, segregação e rachaduras causam defeitos superficiais no perfil extrudado. Defeitos superficiais, como arranhões e sujeira, causam linhas na matriz e acabamento deficiente. Um tarugo que não é homogêneo produz perfis com propriedades mecânicas inconsistentes.
A verificação prática da qualidade do tarugo é a inspeção visual e a análise química. A superfície do tarugo deve ser lisa e sem rachaduras. As extremidades do tarugo devem ser planas e quadradas. A composição química deve corresponder à especificação da liga. Qualquer desvio deve ser rejeitado ou investigado.
Aquecendo o boleto
O tarugo deve ser aquecido à temperatura de extrusão antes de ser prensado. A temperatura de extrusão varia de acordo com a liga, mas normalmente fica entre quatrocentos e quinhentos graus Celsius. O tarugo é aquecido em um forno, que pode ser um forno a gás-ou um forno de indução.
O parâmetro mais crítico durante o aquecimento é a uniformidade da temperatura. O tarugo deve ser aquecido uniformemente em todo o seu volume. Se o centro for mais frio que a superfície, o processo de extrusão será instável. Se a superfície for mais fria que o centro, ocorrerão defeitos superficiais.
O método prático para obter uniformidade de temperatura é utilizar um forno com múltiplas zonas de aquecimento e boa circulação. O forno deve ter termopares em vários locais para monitorar a temperatura. O tarugo deve ser aquecido lentamente o suficiente para permitir que o calor penetre no centro. Um tempo de aquecimento típico é de quarenta{3}}cinco a sessenta minutos.
A prensa de extrusão: empurrando o metal através da matriz
A prensa extrusora empurra o tarugo aquecido através da matriz. A prensa é hidráulica e desenvolve uma força imensa, normalmente variando de mil a dez mil toneladas. A prensa possui um recipiente que segura o tarugo, um aríete que empurra o tarugo e uma matriz que molda o metal.
O processo de extrusão tem duas fases. A primeira fase é a fase de recalque, onde o carneiro comprime o tarugo até encher o recipiente. A segunda fase é a fase de extrusão, onde o metal flui através da matriz. A transição entre as duas fases é suave se o tarugo estiver na temperatura correta e a prensa estiver ajustada corretamente.
O parâmetro mais importante durante a extrusão é a temperatura de saída. O metal deve sair da matriz na temperatura correta para atingir as propriedades mecânicas desejadas. Se a temperatura de saída for muito baixa, o metal pode não ser totalmente extrudado e pode ter propriedades ruins. Se a temperatura de saída for muito alta, o metal pode ser danificado e ter um acabamento superficial ruim.
O método de controle prático é monitorar continuamente a temperatura de saída e ajustar a velocidade de extrusão de acordo. Uma velocidade mais rápida aumenta a temperatura de saída. Uma velocidade mais lenta diminui isso. O operador deve encontrar o equilíbrio que produza boa qualidade e boa produtividade.
A matriz: moldando o metal
A matriz é a ferramenta que molda o metal. Normalmente é feito de aço para ferramentas e é projetado especificamente para cada perfil. A matriz possui um rolamento, que é a seção reta na saída da matriz. O comprimento do rolamento determina a qualidade do perfil e a vida útil da matriz.
A matriz deve ser pré-aquecida antes de ser usada. A temperatura de pré-aquecimento é normalmente de quatrocentos a quinhentos graus Celsius. Uma matriz fria faz com que o primeiro tarugo grude no rolamento, produzindo um acabamento superficial ruim e vida útil curta da matriz. Uma matriz muito quente pode ter resistência reduzida e deformar-se durante a extrusão.
As práticas práticas de gerenciamento de matrizes incluem inspecionar a matriz antes de cada operação, medir o comprimento do rolamento e verificar se há rachaduras ou desgaste. A matriz deve ser limpa após cada execução para remover resíduos de alumínio. A matriz deve ser reparada quando o rolamento estiver desgastado ou quando aparecerem rachaduras.
Resfriando o perfil
O perfil deve ser resfriado após sair da matriz. O método de resfriamento depende da liga e das propriedades mecânicas exigidas. Algumas ligas requerem resfriamento rápido, denominado têmpera, para atingir as propriedades desejadas. Outras ligas podem ser resfriadas lentamente.
O método de resfriamento mais comum é o resfriamento com ar forçado. O perfil passa por uma mesa de resfriamento com ventiladores que sopram ar através do perfil. A taxa de resfriamento é controlada pela velocidade do ventilador e pela velocidade do perfil. Uma taxa de resfriamento mais rápida produz maior resistência, mas pode causar distorção. Uma taxa de resfriamento mais lenta produz menor resistência, mas melhor estabilidade dimensional.
O controle prático de resfriamento consiste em monitorar a temperatura do perfil após o resfriamento e ajustar a taxa de resfriamento de acordo. O perfil deve ser resfriado à temperatura ambiente antes de ser manuseado ou cortado. Perfis quentes são macios e facilmente danificados.
Esticando o perfil
O perfil é esticado após o resfriamento. O processo de estiramento endireita o perfil e elimina qualquer torção ou dobra. O perfil é puxado por uma maca, que segura ambas as extremidades e aplica tensão.
A quantidade de alongamento é normalmente de um a três por cento do comprimento original. Muito pouco alongamento deixa o perfil curvado. Muito estiramento reduz a seção transversal-do perfil e pode causar rachaduras.
O procedimento prático de alongamento consiste em medir o comprimento do perfil antes e depois do alongamento e calcular a porcentagem de alongamento. A porcentagem de estiramento deve ser registrada para cada perfil e comparada com o padrão. Uma porcentagem de estiramento consistente indica um bom controle do processo.
Envelhecendo o perfil
O perfil envelhece após o alongamento. O envelhecimento é um tratamento térmico que fortalece o alumínio através da precipitação de elementos de liga. A temperatura e o tempo de envelhecimento variam de acordo com a liga, mas normalmente são de cento e setenta a duzentos graus Celsius por seis a doze horas.
O forno de envelhecimento deve ter boa uniformidade de temperatura. Os perfis devem ser espaçados uniformemente no forno para permitir a circulação de ar. A temperatura do forno deve ser monitorada continuamente para garantir que permaneça dentro da faixa especificada.
O controle prático do envelhecimento consiste em monitorar a temperatura do forno em vários locais e registrar a temperatura a cada hora. Os perfis devem ser testados quanto à dureza após o envelhecimento para confirmar que a resistência necessária foi alcançada.
Problemas comuns de qualidade e suas soluções
Vários problemas de qualidade ocorrem frequentemente em plantas de extrusão. Compreender as causas e soluções é essencial para manter a qualidade.
Arranhões superficiais são causados por superfícies ásperas na matriz, na mesa de resfriamento ou no equipamento de manuseio. A solução é inspecionar e alisar todas as superfícies que entram em contato com o perfil. Rolamentos desgastados devem ser substituídos. As superfícies ásperas da mesa de resfriamento devem ser lisas.
Imprecisões dimensionais são causadas por temperatura de extrusão incorreta, porcentagem de estiramento incorreta ou resfriamento irregular. A solução é controlar a temperatura, o alongamento e o resfriamento de forma consistente. As dimensões do perfil devem ser medidas frequentemente e os ajustes feitos conforme necessário.
Bolhas e bolhas são causadas por ar preso ou umidade no tarugo. A solução é garantir que o tarugo esteja devidamente homogeneizado e que a atmosfera do forno esteja seca. A superfície do tarugo deve estar livre de rachaduras e porosidade.
As linhas da matriz são causadas pelo desgaste do rolamento da matriz. A solução é inspecionar o rolamento da matriz regularmente e repará-lo quando for detectado desgaste. A matriz deve ser polida até obter um acabamento liso antes de cada execução.
Torção e curvatura são causadas por resfriamento irregular ou alongamento incorreto. A solução é garantir que o perfil esfrie uniformemente e que a porcentagem de estiramento esteja correta. A mesa de resfriamento deve ter boa circulação de ar e não deve apresentar pontos quentes ou frios.
O papel do operador na qualidade
O operador tem o impacto mais direto na qualidade. O operador monitora o processo, faz ajustes e detecta problemas antes que se tornem sucata. Um operador qualificado é o ativo mais valioso da planta.
As responsabilidades do operador incluem monitorar a temperatura, velocidade e pressão da extrusão. Eles devem observar o perfil à medida que ele sai da matriz e verificar se há defeitos superficiais. Eles devem medir as dimensões do perfil e verificar a precisão dimensional. Eles devem registrar os dados do processo e reportar quaisquer desvios.
O treinamento prático para operadores inclui instruções em sala de aula e treinamento-no-trabalho. O operador deve compreender os princípios básicos do processo de extrusão. Eles devem saber como definir a temperatura, velocidade e pressão. Eles devem saber como inspecionar o perfil e como ajustar o processo quando ocorrerem problemas.
Manutenção do Equipamento
A manutenção do equipamento é essencial para uma qualidade consistente. Uma impressora que não seja mantida adequadamente produzirá perfis inconsistentes. Um forno que não esteja calibrado terá temperaturas imprecisas. Uma mesa de resfriamento que não seja limpa terá detritos que danificam o perfil.
O cronograma prático de manutenção inclui tarefas diárias, semanais e mensais. As tarefas diárias incluem a verificação dos níveis de óleo, a inspeção das matrizes e a limpeza da mesa de resfriamento. As tarefas semanais incluem troca de filtros, lubrificação de rolamentos e verificação de conexões elétricas. As tarefas mensais incluem calibração dos termopares, análise do óleo hidráulico e inspeção da estrutura da prensa.
Conclusão
O processo de extrusão de alumínio tem muitas variáveis, mas os princípios básicos são simples. Aqueça o tarugo uniformemente, extrude-o na temperatura e velocidade corretas, resfrie-o uniformemente, estique-o de forma consistente e envelheça-o adequadamente. Quando cada etapa é controlada cuidadosamente, o resultado é um perfil de alta-qualidade. Quando qualquer etapa é negligenciada, o resultado é sucata. A diferença entre uma planta boa e uma planta ruim é a atenção aos detalhes e a disciplina no seguimento dos procedimentos. O melhor equipamento é desperdiçado se o operador não compreender o processo. O dado mais caro é inútil se não for mantido adequadamente. O sucesso na extrusão vem da atenção consistente a todos os detalhes, todos os dias, em todos os turnos.
