Comprender el proceso de extrusión: la guía esencial para la fabricación moderna

La extrusión es la piedra angular de la fabricación actual y ofrece un método versátil para producir una amplia variedad de materiales y productos. Este manual pretende dotar a los lectores de una comprensión integral de la extrusión exponiendo sus principios básicos, los diferentes tipos de materiales utilizados y sus diversas aplicaciones en las industrias. Exploraremos detalles técnicos como los procesos de calentamiento, conformación y enfriamiento que intervienen en la extrusión para destacar su eficiencia en términos de velocidad, tamaño y precisión. Al examinar las complejidades que rodean a esta técnica, los lectores podrán apreciar cómo ha afectado al diseño y desarrollo de productos, lo que ha dado lugar a la innovación y los ha hecho conscientes de este importante proceso industrial.

¿Qué es la extrusión y cómo funciona?

¿Cómo funciona el proceso de extrusión?

El proceso de extrusión comienza con la introducción de las materias primas en una tolva, que las transporta a un barril. En este barril, las materias primas se calientan y se presurizan hasta que se ablandan y se vuelven maleables. Normalmente, un mecanismo de tornillo que gira ayuda en este transporte, mezclando y comprimiendo el material simultáneamente. Una vez que es lo suficientemente maleable, se empuja a través de un troquel donde adquiere la forma deseada. Después de salir del troquel, se enfría para que su nueva forma se endurezca en su lugar. Estos pasos garantizan la precisión al asegurar que cada producto tenga dimensiones uniformes a lo largo de cualquier tirada de producción.

El papel de la fricción en la extrusión

La fricción es importante durante las extrusiones porque afecta tanto al flujo de material como a la eficiencia general de las operaciones. El tornillo giratorio mueve las materias primas por el barril y, al mismo tiempo, genera calor a través de la fricción entre él mismo, el barril y esas sustancias. Este calor sirve para ablandarlas, lo que hace posible su transición de un estado (sólido) a otro más dúctil (líquido). Pero el exceso de fricción puede causar un sobrecalentamiento por el cual algunas piezas podrían degradarse o dar como resultado un producto inconsistente. producto final, lo que indica que las fuerzas de corte también deben gestionarse bien; por lo tanto, existe la necesidad de un control cuidadoso sobre variables como el tamaño del diámetro, etc., entre otras, también conocido como gestión de las fuerzas de corte. Por lo tanto, controlar cuidadosamente la fricción se convierte en un aspecto importante para lograr un rendimiento óptimo durante la extrusión, especialmente cuando se trata de plásticos.

Importancia de las matrices de extrusión

Un componente clave de cualquier sistema de extrusión son sus matrices, ya que estos dispositivos determinan qué forma tomarán los objetos después de pasar a través de ellos, así como sus tamaños, que eventualmente se convierten en productos finales, habiendo pasado por ciertos procesos a lo largo del proceso. línea de montaje Antes de llegar a este punto llamado área de salida de la matriz, la fabricación de precisión de la matriz garantiza la uniformidad en las secciones producidas durante el método de trabajo en caliente, donde el material fluye de manera uniforme sin adherirse a nada dentro del dispositivo utilizado para sujetar la pieza de trabajo que se está formando; por lo tanto, si queremos que las cosas salgan bien, nuestras matrices también deben estar bien hechas, asegurándonos de que los materiales dejen anchos controlados de manera constante mientras pasan a través de ellas para evitar desigualdades en los espesores por completo. Además, un buen diseño de la matriz ayuda a reducir el desperdicio, ya que promueve el uso eficiente de los materiales durante los procesos de producción, lo que a su vez contribuye a ahorrar el tiempo que se necesita para dichas actividades, lo que hace que la extrusión sea más rentable. En última instancia, estos factores sirven como puntos de referencia necesarios para mantener altos estándares dentro de las extrusiones porque no queda margen para que se produzcan errores debido a una falta de precisión durante todo el procedimiento.

¿Qué tipos de extrusión existen?

Extrusión en caliente versus extrusión en frío

Al realizar la extrusión en caliente, los materiales se procesan a temperaturas superiores al punto de recristalización del metal o polímero extruido. Esto implica que se utiliza calor durante la extrusión para obtener mejores resultados. El método también ayuda a mejorar la maleabilidad de un material, lo que facilita la deformación y permite la producción de formas que, de otro modo, requerirían una fuerza considerable para darles forma. Por lo tanto, se emplea comúnmente en metales, ya que puede dar como resultado mejores propiedades mecánicas del producto final.

Por otro lado, la extrusión en frío se produce a temperaturas ligeramente superiores a las de la temperatura ambiente, donde los metales carecen de la plasticidad suficiente, por lo que es necesario aplicar mayores presiones debido a la disminución de la ductilidad. Una ventaja de este método es que permite fabricar piezas de alta precisión con tolerancias estrechas, ya que la reducción de los efectos térmicos puede generar una mayor precisión dimensional. El acabado superficial y la resistencia (propiedades mecánicas) son factores críticos para muchos polímeros y algunos metales a la hora de seleccionarlos para su uso en extrusiones en frío. Cada método tiene sus propias aplicaciones exclusivas en función de los atributos del material y los resultados deseados durante el proceso de extrusión.

Explicación de las extrusiones directas e indirectas

Directo (también conocido como hacia adelante) La extrusión implica empujar el material. a través de una matriz en línea con la presión aplicada de modo que haya un flujo continuo que dé como resultado un producto sólido de forma uniforme, mientras que el tipo indirecto (hacia atrás) implica mover la matriz hacia la pieza de trabajo en lugar de al revés, por lo que se producen pérdidas de fricción más leves junto con menores requisitos de fuerza, lo que da como resultado bandas de tolerancia de acabado más finas debido a las fuerzas de fricción reducidas ejercidas durante los procedimientos de extrusión hacia atrás adoptados según las necesidades específicas dadas por diferentes aplicaciones caracterizadas por varios materiales.

Beneficios que tienen las extrusiones hidrostáticas sobre otros métodos

El método hidrostático se distingue de las técnicas convencionales porque permite procesar geometrías complejas sin mucha fricción, lo que a su vez reduce las fuerzas de conformado utilizadas y garantiza un flujo uniforme, mejorando así la precisión dimensional además de promover superficies de calidad; además, este enfoque permite extrudir sustancias extremadamente dúctiles a presiones hidrostáticas sin inducir un endurecimiento por deformación apreciable, conservando así sus mejores propiedades mecánicas. Además, esta técnica permite trabajar en aquellos materiales que no se pueden trabajar fácilmente con los medios habituales, ampliando sus áreas de aplicación y resaltando las fuerzas de corte involucradas.

¿Qué materiales se pueden extruir?

Extrusión de metales para fabricación

Para producir componentes con perfiles de sección transversal específicos, la extrusión de metales es un método clave en la industria. El aluminio, el cobre y el magnesio se encuentran entre los metales que se extruyen con frecuencia debido a sus buenas propiedades mecánicas y ductilidad. Esta técnica se utiliza en diversos sectores, como el aeroespacial, el automotriz y la construcción, donde la precisión y la consistencia de los materiales son lo más importante. La extrusión de metales es un proceso importante para la fabricación moderna debido a su capacidad para crear formas complejas manteniendo tolerancias estrechas.

Extrusión de plástico: proceso y aplicaciones

En comparación con el primer proceso de extrusión patentado por Bramah, la extrusión de plásticos implica fundir materias primas de plástico y luego hacerlas pasar a través de una matriz para formar perfiles continuos con formas específicas. La primera etapa comienza cuando se introducen gránulos de plástico en una tolva calentada que los funde gradualmente utilizando un tornillo sinfín dentro de un cilindro en forma de barril llamado transportador de tornillo o cámara de fusión. Luego, estos plásticos fundidos son empujados hacia adelante por tornillos o arietes a través de matrices diseñadas específicamente para este propósito, dando lugar así a tubos, láminas, etc., durante lo que puede describirse como un proceso de flujo extensional refinado.

Las aplicaciones de las extrusiones de plástico son múltiples y abarcan desde los materiales de embalaje hasta la industria de la construcción y el sector del automóvil, entre otros. El polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el cloruro de polivinilo (PVC) son algunos de los termoplásticos más utilizados en estos procesos, pero cada uno de ellos tiene su propio conjunto de propiedades adecuadas para aplicaciones particulares en función de los requisitos impuestos por las condiciones externas, como los cambios de temperatura durante las operaciones o los tiempos de exposición antes de que se produzca un fallo debido a la degradación, etc., de ahí que se necesite ligereza, durabilidad y rentabilidad, especialmente porque se trata de ambas cosas: ¡también de una técnica de conformado de metales!

Extrusión de caucho en la industria

El proceso de extrusión de caucho consiste en forzar el paso de un material de caucho a través de un troquel para darle forma, lo que se conoce como extrusión de caucho, que se incluye en la categoría de procesos de fabricación críticos. Este método utiliza principios similares a los que se aplican en las extrusiones de plástico, en las que el caucho crudo se calienta y luego se presiona mediante una extrusora hasta que adquiere la forma deseada. Los cauchos naturales, junto con sus homólogos sintéticos, como las siliconas y los neoprenos, son tipos de cauchos que se utilizan habitualmente para fabricar cauchos extruidos debido a su elasticidad y resistencia al desgaste, entre otras propiedades. Diferentes sectores, como la industria automotriz, aeroespacial y de la construcción, dependen de las extrusiones de caucho para sellos, juntas, mangueras, etc., porque, sin estas cosas, no podrían funcionar correctamente. La única forma de garantizar que sus productos sean del más alto nivel es mediante mediciones precisas durante cada etapa de producción, de ahí la necesidad de precisión en el proceso de extrusión de caucho.

¿Cómo se utiliza el procesamiento de alimentos para la extrusión?

Los fundamentos de la extrusión de alimentos

La extrusión de alimentos es un proceso de fabricación que implica la combinación de ingredientes, generalmente en forma de harina, almidones y proteínas, para producir formas y texturas deseadas utilizando una extrusora a altas temperaturas y presiones. Este método de cocción ayuda a cocinar, dar forma y textura a alimentos como bocadillos, pastas y alimentos para mascotas. La precisión cuenta en la extrusión de alimentos, ya que afecta la consistencia, el valor nutricional y la textura del producto final, lo que garantiza la uniformidad en la producción en masa. Se deben tener en cuenta aspectos específicos como la temperatura, la presión o el contenido de humedad al intentar obtener resultados ideales durante un procedimiento de extrusión.

Cocción por extrusión y sus beneficios

La cocción por extrusión se refiere a un proceso en el que las características de los alimentos se mejoran a través de cambios de textura producidos al exponerlos a altas temperaturas junto con presión dentro de una extrusora; esto resalta cuán importantes pueden ser las fuerzas de corte. Permite la gelatinización del almidón y la desnaturalización de las proteínas, entre otras cosas, como la incorporación de diferentes aditivos. Hace que las comidas sean fácilmente digeribles al tiempo que mejora sus perfiles nutricionales, además de permitir la creación de sabores, formas, etcétera únicos. Para garantizar la uniformidad en la calidad durante todo el proceso de cocción, la velocidad del tornillo debe mantenerse constante durante cada ejecución; de lo contrario, debe ajustarse de acuerdo con los estándares establecidos. Por ejemplo, la temperatura no debe variar más de 5 grados Celsius en un momento dado, los niveles de humedad relativa deben mantenerse entre 30% y 40% según el tipo de producto de destino.

Aplicaciones en la producción de alimentos para mascotas

El uso de la técnica de extrusión para la elaboración de alimentos para animales tiene muchos beneficios asociados, entre ellos, mayores tasas de digestibilidad para que sus cuerpos puedan absorber más nutrientes, mejorando así las condiciones de salud en términos generales, pero también mayores niveles de disponibilidad donde la mayoría, si no todos los componentes, se volverán biológicamente útiles después del consumo, lo que conduce a mejores resultados de rendimiento en cuanto a la relación de eficiencia de utilización del valor biológico, etc. Además, a las mascotas les gustan diferentes productos; por lo tanto, los fabricantes deben asegurarse de que estos artículos sean atractivos visualmente, especialmente durante esta etapa, porque determina si las criaturas comerán o no. Igualmente importante es el control preciso de los parámetros de extrusión, como la temperatura, que debe establecerse entre 80 grados Celsius y 180 grados Celsius según el efecto deseado; el contenido de humedad que varía entre 15% y 20% de humedad relativa; el control de la velocidad de alimentación, entre otros, para mantener intacto el valor nutricional durante el período de almacenamiento, así como lograr la preferencia de sabor deseada al tiempo que se satisfacen los requisitos dietéticos específicos de los animales.

¿Cuáles son algunas aplicaciones de fabricación en extrusión?

Explorando productos extruidos

Los productos extruidos se pueden utilizar en muchas industrias diferentes, como la alimentaria, la del plástico y la textil. Por ejemplo, la extrusión se utiliza para producir aperitivos como patatas fritas, cereales para el desayuno como copos de maíz o comida para mascotas, en los que es necesario conseguir la misma textura en todo momento. La fabricación de plásticos también utiliza este método: se pueden fabricar tubos extruyéndolos para darles forma, mientras que las películas deben mantener su integridad durante el estiramiento, por lo que la temperatura debe controlarse cuidadosamente; las láminas requieren una distribución uniforme de la presión en toda su longitud, etcétera; todas estas cosas exigen que se preste mucha atención a las temperaturas y presiones durante la producción. La industria textil también depende de la extrusión para fabricar fibras sintéticas a partir de polímeros, lo que demuestra lo versátil que puede ser esta tecnología. Para que sea posible una gama tan amplia de propiedades con diferentes materiales, son necesarios ajustes de precisión en una extrusora.

Extrusión en procesos de conformado de metales

Los procesos de conformado de metales que utilizan la extrusión deforman las piezas de metal en formas deseadas con secciones transversales definidas por matrices; el control estricto de la temperatura, la geometría del diseño y la velocidad del proceso son algunos de los factores clave necesarios para lograr las propiedades mecánicas o la precisión dimensional deseadas, lo que garantiza estándares de fabricación de calidad durante las tiradas de producción, principalmente para piezas del sector automotriz que pueden requerir relaciones resistencia-peso más altas en comparación con los componentes de la industria aeroespacial, donde los materiales de menor densidad, como las aleaciones de aluminio, podrían ser suficientes sin comprometer los niveles de resistencia y al mismo tiempo cumplir con las normas de seguridad estipuladas en varios códigos de construcción aplicables a nivel nacional e internacional. Esto significa que cualquier error cometido en cualquier etapa podría resultar muy costoso; por lo tanto, vale la pena cuando todo sale bien a la primera.

Cómo se utiliza el proceso de extrusión en la producción de plástico

El proceso de producción de plástico conocido como “extrusión” implica fundir pellets de plástico crudo y luego empujarlos a través de una abertura con forma llamada matriz para que salgan por otro lado formados de forma continua en una sola pieza larga, en lugar de cortarlos en longitudes más cortas como con otros métodos como el moldeo por inyección, donde los objetos se crean enfriando el material fundido después de inyectarlo bajo presión en moldes. Esta forma continua puede ser cualquier cosa, desde láminas planas (por ejemplo, film transparente), tubos redondos, barras cuadradas, etc., pero sea cual sea su forma, debe ser uniforme en todo momento, de lo contrario, algunas partes se enfriarían más rápido que otras, lo que daría como resultado variaciones de espesor que podrían debilitar el producto final. Por esta razón, el control de temperatura a lo largo de toda la longitud debe permanecer constante durante el proceso de extrusión; asimismo, la presión dentro del sistema también debe permanecer constante; de lo contrario, pueden producirse caudales desiguales, lo que causa defectos como burbujas de aire atrapadas entre capas que luego pueden provocar delaminación, es decir, desprendimiento en la interfaz entre diferentes regiones dentro del producto de plástico solidificado.

Fuentes de referencia

Extrusión

Metal

Acero

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es el proceso de extrusión en la fabricación moderna?

R: La técnica de construcción evidente por sí misma se refiere a un acto o proceso de forzar la salida de algo a través de una abertura estrecha. Esto se hace aplicando presión, generalmente en un solo lado, forzando así al material que se está trabajando a pasar a través de una abertura o matriz que tiene una forma de sección transversal que se aproxima a la que se desea para el producto terminado. Se utiliza comúnmente con metales, pero también puede funcionar bien con plásticos y otros materiales.

P: ¿Cómo se realiza el proceso de extrusión?

R: El proceso funciona comprimiendo el metal, ya sea caliente o no, hasta darle una forma específica. Cuando hablamos de conformado en frío, nos referimos a trabajar a temperatura ambiente, mientras que el conformado en caliente implica trabajar a temperaturas inferiores al rojo vivo, aunque a veces este término puede usarse indistintamente con el de trabajo en caliente, que se refiere específicamente al calentamiento antes de que se produzca la deformación. A continuación, las piezas se introducen a presión a través de matrices hasta que adquieren su forma final, que puede tener diferentes perfiles según lo que se pretendía durante la etapa de diseño.

P: ¿Qué tipos de procesos de extrusión se utilizan comúnmente?

R: Existen varios métodos que se pueden emplear al realizar extrusiones, como extrusión en caliente, extrusión en frío, extrusión de tornillo, extrusión de doble tornillo, extrusión por fricción y extrusiones perfiladas, entre otras, cada una con sus propias áreas de aplicación únicas dentro de la industria manufacturera.

P: ¿Cómo funciona la extrusión en caliente?

A: Comienzan calentando los metales hasta que se vuelven lo suficientemente blandos como para no requerir una fuerza excesiva durante las operaciones de conformación, donde luego estos materiales pasarán a través de matrices con forma correspondiente para lograr productos finales deseados que tengan secciones transversales fijas.

P: ¿Qué es la extrusión en frío y cuándo se utiliza?

R: El conformado en frío se realiza a menudo cerca de la temperatura ambiente porque esto provoca una menor oxidación, que podría debilitar las piezas fabricadas con ciertas aleaciones como el acero, etcétera. Además de las características mejoradas del acabado de la superficie que se obtienen mediante el conformado en frío, también se obtienen mejores propiedades mecánicas debido al refinamiento del grano, que también conlleva su ocurrencia. Estos beneficios normalmente no se ven cuando se utilizan otros métodos, como el trabajo en caliente o la fundición, ya que esos procesos implican temperaturas más altas donde los metales tienden a perder sus microestructuras beneficiosas.

P: ¿Cuál es el propósito del equipo de extrusión en el proceso de fabricación?

R: Para cada operación de extrusión se necesita una máquina extrusora. Esta incluye una prensa, una matriz y componentes auxiliares que garantizan que el tocho se caliente adecuadamente antes de pasar por la matriz para lograr las formas deseadas.

P: ¿Qué es la extrusión de tornillo en los procesos de extrusión?

A: Los sistemas de tipo tornillo utilizan tornillos giratorios dentro de una carcasa cilíndrica que empujan los materiales hacia adelante, lo que hace que entren en contacto con una abertura o serie de ellas hasta que finalmente salen como productos terminados con dimensiones predeterminadas, mientras que las configuraciones de doble tornillo ayudan a mezclar varios componentes de manera uniforme durante las etapas de producción de plástico, entre otras, como la composición de caucho, etc.

P: ¿Cuál es la diferencia entre la extrusión convencional y la extrusión por fricción?

A: El proceso convencional aplica presión directa sobre el material y lo fuerza a pasar por los troqueles, mientras que el calor por fricción generado por la acción de frotamiento entre las piezas que se están moldeando juntas conduce a su ablandamiento, lo que las hace más fáciles de moldear sin la aplicación de fuerzas adicionales como las que se utilizan durante las operaciones de prensado típicas donde las placas de metal se comprimen entre dos yunques pesados, por ejemplo.

P: ¿Qué tipos de productos se pueden fabricar mediante el proceso de extrusión?

A: Las extrusiones se han utilizado ampliamente a lo largo de los años, lo que permite a los fabricantes producir una amplia variedad de artículos, incluidos tubos, tuberías, láminas, varillas, perfiles, etc., hechos de metales como aluminio, latón, bronce, cobre, acero, acero inoxidable, titanio, zinc, níquel, plata, oro, platino, paladio, polímeros como polietileno, polipropileno, poliestireno, acrílico, PVC, ABS, nailon 6/6, teflón, PTFE, Delrin, acetal, copolímero, etc.; compuestos que comprenden fibra de vidrio, fibra de carbono, Kevlar, tela de aramida, resinas epoxi reforzadas, madera contrachapada, laminados, termoendurecibles, termoplásticos, etc.

P: ¿Qué importancia tiene la relación de extrusión en el proceso de extrusión?

R: La relación entre el área de la sección transversal del tocho y la de la extrusión final determina cuánta fuerza se necesita para empujarlo a través de las matrices. También afecta el consumo de energía y las propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción, la dureza, la ductilidad, etc., que se desean en los materiales extruidos.