extrusoras
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DEFINICION, CONCEPTOS BASICOS, TIPOS, PROCESOS EXTRUSORASTRANSCRIPT
EXTRUSORES
En 1797, Joseph Bramah patentó el primer proceso de extrusión para hacer
un tubo de plomo. Éste consistía en el precalentamiento del metal para luego
pasarlo por un troquel mediante un émbolo a mano. El proceso no fue desarrollado
sino hasta 1820, cuando Thomas Burr construyó la primera prensa hidráulica.
Hasta ese momento el proceso se llamó squirting. En 1894 Alexander Dick
expandió el proceso de extrusión al cobre y aleaciones de bronce.
Definición
La palabra extrusión proviene del latín "extrudere" que significa forzar un
material a través de un orificio. En una definición amplia, el proceso de extrusión
hace referencia a cualquier operación de transformación en la que un material
fundido es forzado a atravesar una boquilla para producir un artículo de sección
transversal constante y, en principio, longitud indefinida.
Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros,
cerámicas, hormigón y productos alimenticios.
Los productos obtenidos por extrusión pueden estar hechos
de metal o plástico; a continuación daremos una somera explicación de los
procedimientos de extrusión para ambos materiales.
Extrusión de Metales
Mediante el proceso de extrusión pueden obtenerse productos de diversas
formas. En el caso de los metales, tales como aluminio o acero, se vacían en
moldes de distintas formas; pueden laminarse entre rodillos, o efectuar el
conformado de piezas, o por empuje, ejerciendo presión y haciendo pasar la
materia prima a través de dados para que adquieran la forma deseada.
La extrusión en prensa se realiza mediante la conformación de la pieza por
deformación plástica. El metal es sometido a moldeado en frío o caliente, y
por compresión en un recipiente cerrado en un extremo, con una matriz que posee
un orificio, y por el otro, un disco macizo denominado disco de presión.
El metal puede someterse al esfuerzo de compresión de dos modos distintos:
1. Por disco de presión
2. Por matriz.
3.
En caso de realizarse con disco, se lo denomina extrusión directa, cuando
se realiza por matriz, se lo denomina extrusión inversa.
Requisitos de la Materia Prima para Extrusión
Para efectuar el procedimiento de extrusión, un elemento debe satisfacer tres
requisitos fundamentales:
1. Lograr reunir la materia prima continuamente en estado sólido y fundido.
2. Fundir en forma continua la materia prima.
3. Conseguir homogeneidad de la materia prima en forma física y térmica.
Extrusión de Plásticos
El material plástico se obtiene de la reacción química de derivados del
petróleo y se moldea a través de presión o de calor.
El plástico se conforma dentro de una máquina extrusora que va procesando
las piezas en forma continua. La extrusora posee un transportador de tornillo
helicoidal.
El polímero (materia prima) se transporta desde la tolva a través de una
cámara de calentamiento llegando hasta la boca de descarga en forma continua.
Al emerger el polímero, que ingresa en forma de gránulos sólidos, sale de la
matriz en estado blando adoptando la forma.
Luego se corta lo producido a la medida necesaria.
Representación del proceso de extrusión
PARTES DE UNA EXTRUSORA
A) Extrusora de metales (ver figura)
1. Vástago
2. Empujador
3. Lingote
4. Contenedor (container)
5. Matriz
6. Porta matriz
7. Plato abierto o cabezal fijo
8. Extruido (pieza terminada)
Partes de una extrusora de metales
B) Extrusora de plástico (ver figura)
1. Tolva
2. Cilindro
3. Resistencias eléctricas
4. Tornillo
5. Cabezal
6. Boquilla
Representación de extrusora de plástico de usillo sencillo
Procesos de Extrusión
El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga
posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque en la
prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel. Si son
requeridas mejores propiedades, el material puede ser tratado
mediante calor o trabajado en frío.
Extrusión en caliente
La extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el
trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. La
mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales
con rango de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000
psi), por lo que la lubricación es necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas
temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión.
La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su
mantenimiento.
Los metales que más comúnmente se someten a extrusión son: El plomo,
cobre, latón, bronce, aleaciones de aluminio y magnesio. La obtención de las
piezas metálicas por el proceso de extrusión se puede realizar para los siguientes
materiales con las temperaturas adecuadas.
MATERIAL
TEMPERATURA
Acero 1100 – 1250 ºCCobre 750 – 925 ºCAluminio 320 – 450 ºC
La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su
mantenimiento.
Proceso de extrusión en caliente
Extrusión en frío
Consiste en obligar a una porción de material colocado en el fondo de una
matriz a deformarse plásticamente y extenderse entre las paredes de la matriz y
las del punzón que la comprime. Logró gran difusión a partir de 1940. Se suele
utilizar para producir piezas metálicas, frecuentemente en forma terminada o casi
terminada, sobre todo en forma de herramientas, piezas de vehículos, máquinas
textiles, electrodomésticos y perfiles extrusionados para la construcción
arquitectónica e ingenieril.
Los materiales que son comúnmente tratados con comúnmente tratados con
extrusión fría son extrusión fría son; Plomo, estaño, aluminio, cobre, circonio,
titanio, berilio, vanadio, niobio y acero
Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son:
Los tubos plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador,
pistones automotores, entre otros.
Perfiles de aluminio. Extrusión en frio
Extrusión tibia
La extrusión tibia se hace por encima dela temperatura ambiente pero por
debajo de la temperatura de Recristalización del material, en el rango de
temperaturas de (424 °C a 975 °C). Este proceso es usualmente usado para lograr
el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades
finales de la extrusión.
La extrusión tibia tiene varias ventajas rentables comparada con la extrusión
fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del
acero. La extrusión tibia incluso puede eliminar el tratamiento térmico requerido en
la extrusión en frío.
TIPOS DE EXTRUSIONES
Extrusión Directa
La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es el
proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente
fuertemente reforzado. La barra es empujada a través del troquel por un tornillo.
La mayor desventaja de este proceso es la fuerza requerida en la extrusión
de la barra, es mayor que la necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza
de fricción introducida por la necesidad de la barra de recorrer completamente el
contenedor.
Extrusión indirecta
En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la
barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario. El
troquel es sostenido en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el
contenedor. La longitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la
columna del soporte. Al moverse la barra con el contenedor, la fricción es
eliminada.
Ventajas Una reducción del 25 a 30% de la fuerza de fricción, permite la
extrusión de largas barras.
Hay una menor tendencia para la extrusión de resquebrajarse o
quebrarse porque no hay calor formado por la fricción.
El recubrimiento del contenedor durará más debido al menor uso.
La barra es usada más uniformemente tal que los defectos de la
extrusión y las zonas periféricas ásperas o granulares son menos
probables
Desventajas
Las impurezas y defectos en la superficie de la barra afectan la
superficie de la extrusión. Antes de ser usada, la barra debe ser
limpiada o pulida con un cepillo de alambres.
Este proceso no es versátil como la extrusión directa porque el área
de la sección transversal es limitada por el máximo tamaño del tallo.
Extrusión por impacto
En la extrusión por impacto un punzón es dirigido al pedazo de metal por una
fuerza tal que este es elevado a su alrededor la mayoría de las operaciones de
extrusión por impacto, tales como la manufactura de tubos plegables, son trabajos
en frío. Sin embargo hay algunos metales y productos, particularmente aquellos en
los cuales se requieren paredes delgadas, en los que los pedazos de metal son
calentados a elevadas temperaturas.
TIPOS DE MÁQUINAS EXTRUSORAS
Para que sea realizado el proceso de extrusión, es necesario aplicar presión
al material fundido, forzándolo a pasar de modo uniforme y constante a través de
la matriz. Atendiendo a estos requisitos, las máquinas extrusoras se clasifican en:
extrusoras de dislocamiento positivo y extrusoras de fricción.
Extrusoras de dislocamiento positivo
Se obtiene la acción de transporte mediante el dislocamiento de un
elemento de la propia extrusora. En la matriz la reología del polímero tiene mayor
influencia sobre el proceso.
Extrusora de pistón (inyectora)
Un pistón, cuyo accionamiento puede ser hidráulico o mecánico, fuerza al
material a pasar a través de la matriz. Es utilizada para la extrusión de polímeros
termofixos, politetrafluoretileno , Polietileno de Alta Densidad de Ultra Alto Peso
Molecular (PEAD -UAPM), metales y materiales cerámicos.
Extrusoras de fricción
La acción del transporte, conseguida aprovechándose las características
físicas del polímero y la fricción de éste con las paredes metálicas transportadoras
de la máquina, donde ocurre la transformación de energía mecánica en calor que
ayuda a la fusión del polímero. La reología del polímero tiene influencia sobre todo
el proceso. Los tipos son: extrusora de cilindros y extrusora de rosca.
Extrusora de cilindros
Consiste, básicamente, en dos cilindros próximamente dispuestos. El
material a ser procesado pasa entre estos cilindros y es forzado a pasar por
una matriz. Este proceso es utilizado para algunos elastómeros y termoplásticos.
La figura 2 representa una esquematización de este tipo de extrusora.
Extrusora de rosca
Las extrusoras de rosca pueden estar constituidas por una, dos o más
roscas. Son las más utilizadas para la extrusión de termoplásticos, comparadas
con todos los demás tipos de extrusoras.
Usos de la extrusión en la industria
Plásticos
La extrusión plástica normalmente usa astillas plásticas o pellets que
están usualmente secas en un depósito de alimentación o tolva antes de ir
al tornillo de alimentación (husillo). La resina del polímero es calentada
hasta el estado de fusión por resistencias que se encuentran en el cañón de
la extrusora y el calor por fricción proveniente del tornillo de extrusión
(husillo). El husillo fuerza a la resina a pasar por el cabezal dándole la
forma deseada (lámina, cilindrica, tiras, etc.). El material extruido se enfría y
se solidifica ya que es tirado del troquel a un tanque de agua. En algunos
casos (tales como los tubos de fibras-reforzadas), el material extruido es
pasado a través de un largo troquel, en un proceso llamado pultrusión, o en
otros casos pasa a través de rodillos de enfriamiento (calandria) para sacar
una lámina de las dimensiones deseadas para termoformar la lámina.
Se usa una multitud de polímeros en la producción de tubería plástica,
cañerías, varas, barras, sellos, y láminas o membranas.
Cauchos
Similar a la extrusión con plásticos pero con un posterior vulcanizado
por calor.
Cerámicas
La cerámica también puede formarse a través de la extrusión. La
extrusión de la terracota se usa para producir las cañerías. Muchos ladrillos
modernos también son manufacturados usando un proceso de extrusión de
ladrillos.
Alimentos
La extrusión ha tenido una gran aplicación en el proceso de
alimentación. Productos como pastas, masa de la galleta, cereales del
desayuno, la comida para bebé, las papas fritas y la comida seca, entre
otros, son principalmente manufacturados por la extrusión. En el proceso,
se muelen los materiales hasta darles el tamaño correcto a las partículas
(usando la consistencia de la harina ordinaria). La mezcla seca se pasa a
través de un pre-acondicionador donde se agregan otros ingredientes
(azúcar líquido, grasas, tintes, carnes y agua que dependen del producto).
La mezcla pre condicionada se pasa entonces a través de un extrusor
forzándola a pasar por un troquel donde se corta a la longitud deseada. El
proceso de cocción tiene lugar dentro del extrusor en el que el producto
produce su propia fricción y calor debido a la presión generada (10-20 bar).
El proceso de cocción utiliza un proceso conocido como el gelatinización
del almidón. Los extrusores que usan este proceso tienen una capacidad de
1-25 toneladas por hora.
El uso de la expulsión en el proceso cocción proporciona a los alimentos las
siguientes características:
Gelatinización del almidón
Desnaturalización de las proteína
Inactivación de enzimas de comida crudas
La destrucción de toxinas naturalmente
Disminución de microorganismos en el producto final
Ligero aumento de la biodisponibilidad de hierro
Creación de almidones para necesidades de hiposensibilización de
insulina, un factor de riesgo para el desarrollo de diabetes.
Pérdida de lisina, un aminoácido esencial necesario para el crecimiento
y el metabolismo del nitrógeno.
Simplificación de almidones complejos, aumentando las tasas de
deterioro dental.
Destrucción de vitamina A (beta-caroteno).
La extrusión también es utilizada para el desarrollo de comida para
mascotas.
Industria del Aluminio
Los Productos extruidos representan más del 50% del mercado europeo de
productos de aluminio; de este porcentaje, el sector de la edificación utiliza la
mayor parte. El aluminio extruido se usa en los sistemas de perfiles de ventanas y
puertas en edificios residenciales y comerciales, en estructuras de viviendas y
edificios prefabricados, en materiales para tejados y revestimientos exteriores,
muros cortina, fachadas de locales comerciales, etc. Además, el aluminio extruido
se usa también en el transporte de cargas, en fuselajes de aviones, vehículos de
carretera y ferrocarriles, y para aplicaciones marinas.
Importancia De La Extrusión Dentro De La Industria
El proceso de extrusión es de gran utilidad en la industria moderna ya que
permite crear productos de secciones transversales muy complejas y trabajar con
materiales que son quebradizos, además de que, el proceso puede ser continuo
(produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua
(produciendo muchas partes).
El proceso es generalmente económico cuando son producidos en grandes
proporciones (producciones en serie); esto también es debido a las herramientas y
maquinaria utilizada, ya que no son tan costosas.
La extrusión es aplicable a una gran variedad de materiales dentro de los
cuales se incluyen, metales, plásticos, cerámicos, cauchos, y en la industria de los
alimentos.
En el proceso de extrusión se puede obtener una gran variedad de productos
tales como cañerías, barras, alambres, componentes de hardware y de aviones,
asientos, entre otras.