Compreendendo o processo de extrusão: o guia essencial para a fabricação moderna

A extrusão é a pedra angular da fabricação atual e oferece um método versátil para produzir uma ampla variedade de materiais e produtos. Este manual busca equipar seus leitores com uma compreensão holística da extrusão, expondo seus princípios básicos, os diferentes tipos de materiais usados e suas várias aplicações nas indústrias. Exploraremos detalhes técnicos, como processos de aquecimento, modelagem e resfriamento envolvidos na extrusão, de modo a destacar sua eficiência em termos de velocidade, tamanho e precisão. Ao examinar as complexidades que cercam essa técnica, os leitores poderão apreciar como ela impactou o design e o desenvolvimento de produtos, levando à inovação e tornando-os cientes desse importante processo industrial.

O que é extrusão e como ela funciona?

Como funciona o processo de extrusão

O processo de extrusão começa com matérias-primas sendo alimentadas em um funil, que então as transporta para um barril. Neste barril, os materiais são aquecidos e pressurizados até que amoleçam e se tornem maleáveis. Normalmente, um mecanismo de parafuso que gira auxilia neste transporte, misturando e comprimindo o material simultaneamente. Uma vez maleável o suficiente, ele é empurrado através de uma matriz onde assume a forma ou formato desejado. Depois de sair da matriz, ele é resfriado para que seu novo formato endureça no lugar. Essas etapas garantem a precisão, garantindo que cada produto tenha dimensões uniformes em qualquer execução de produção.

Papel do atrito na extrusão

O atrito é significativo durante as extrusões porque afeta tanto o fluxo de material quanto a eficiência geral das operações. O parafuso rotativo move as matérias-primas para baixo do cilindro enquanto, ao mesmo tempo, gera calor por meio do atrito entre ele, o cilindro e essas substâncias. Esse calor serve para amolecê-las, tornando possível sua transição de um estado (sólido) para outro mais dúctil (líquido). Mas o excesso de atrito pode causar superaquecimento, pelo que algumas peças podem se degradar ou resultar em uma inconsistente produto final, indicando assim que as forças de cisalhamento devem ser bem gerenciadas também; portanto, há uma necessidade de controle cuidadoso sobre variáveis como tamanho do diâmetro, etc. entre outras, também conhecidas como gerenciamento de forças de cisalhamento. Portanto, controlar cuidadosamente o atrito se torna um aspecto importante para atingir o desempenho ideal durante a extrusão, especialmente ao lidar com plásticos.

Significado das matrizes extrusoras

Um componente essencial de qualquer sistema extrusor são suas matrizes, pois esses dispositivos determinam a forma que os objetos tomarão após passar por elas, bem como seus tamanhos, que eventualmente se tornam produtos finais, tendo passado por certos processos ao longo do processo. linha de produção antes de chegar a este ponto chamado área de saída da matriz. A fabricação de precisão da matriz garante uniformidade em todas as seções produzidas durante o método de trabalho a quente, onde o material flui uniformemente sem grudar em nada dentro do dispositivo usado para segurar a peça de trabalho que está sendo moldada; portanto, se queremos as coisas certas, nossas matrizes também devem ser feitas certas, garantindo que os materiais deixem larguras consistentemente controladas ao passar por elas, de modo a evitar irregularidades nas espessuras completamente. Além disso, um bom design de matriz ajuda a reduzir o desperdício, pois promove o uso eficiente de materiais durante os processos de produção, o que por sua vez contribui para economizar o tempo gasto por tais atividades, tornando a extrusão mais econômica. Em última análise, esses fatores servem como referências necessárias para manter altos padrões nas extrusões, porque não há espaço onde erros podem ocorrer devido à falta de precisão durante todo o procedimento.

Que tipos de extrusão existem?

Extrusão a quente versus extrusão a frio

Ao realizar a extrusão a quente, os materiais são processados em temperaturas mais altas do que o ponto de recristalização do metal ou polímero extrudado. Isso implica que o calor é usado no curso da extrusão para melhores resultados. A abordagem também ajuda a melhorar a maleabilidade de um material, tornando assim a deformação mais fácil e permitindo a produção de formas, que de outra forma exigiriam força considerável para moldagem. Portanto, é comumente empregado em metais, pois isso pode resultar em melhores propriedades mecânicas do produto final.

Por outro lado, a extrusão a frio acontece em níveis de temperatura ambiente ou ligeiramente acima, onde os metais não têm plasticidade suficiente, necessitando, portanto, da aplicação de pressões maiores devido à ductilidade reduzida. Uma coisa boa sobre esse método é que ele permite a fabricação de peças de alta precisão com tolerâncias estreitas, uma vez que efeitos térmicos reduzidos podem trazer melhor precisão dimensional. Esse acabamento de superfície e resistência (propriedades mecânicas) são fatores comumente críticos para muitos polímeros e alguns metais ao selecioná-los para uso com extrusões a frio. Cada método tem suas próprias aplicações exclusivas, dependendo dos atributos do material e dos resultados desejados durante o processo de extrusão.

Extrusões diretas e indiretas explicadas

Direto (também conhecido como forward) extrusão envolve empurrar material através de uma matriz alinhada com a pressão aplicada, de modo que haja um fluxo contínuo, resultando em um produto sólido de formato uniforme, enquanto o tipo indireto (para trás) envolve mover a matriz em direção à peça de trabalho em vez do contrário, onde ocorrem perdas de atrito menores, juntamente com menores requisitos de força, proporcionando assim faixas de tolerância de acabamento mais finas devido às forças de atrito reduzidas exercidas durante procedimentos de extrusão para trás, adotados dependendo das necessidades específicas dadas por diferentes aplicações caracterizadas por vários materiais.

Benefícios que as extrusões hidrostáticas têm sobre outros métodos

O método hidrostático se destaca das técnicas convencionais porque facilita o processamento de geometrias complexas sem muito atrito, o que por sua vez reduz as forças de conformação usadas, ao mesmo tempo em que garante o fluxo uniforme, aumentando assim a precisão dimensional, além de promover superfícies de qualidade; além disso, tal abordagem permite a extrusão de substâncias extremamente dúcteis em pressões hidrostáticas sem induzir encruamento apreciável, mantendo assim suas melhores propriedades mecânicas. Além disso, essa técnica permite trabalhar em materiais que não podem ser facilmente trabalhados por meios regulares, expandindo suas áreas de aplicação e ressaltando as forças de cisalhamento envolvidas.

Quais materiais podem ser extrudados?

Extrusão de metal para fabricação

Para produzir componentes com perfis transversais específicos, a extrusão de metal é um método essencial na indústria. Alumínio, cobre e magnésio estão entre os metais que são frequentemente extrudados devido às suas boas propriedades mecânicas e ductilidade. Esta técnica é usada em vários setores, como aeroespacial, automotivo e construção, onde a precisão e a consistência dos materiais são mais importantes. A extrusão de metal é um processo importante para a fabricação moderna devido à sua capacidade de criar formas complexas, mantendo tolerâncias estreitas.

Extrusão de Plástico: Processo e Aplicações

Em comparação com o primeiro processo de extrusão patenteado da Bramah, a extrusão de plástico envolve derreter materiais plásticos brutos e então forçá-los através de uma matriz para formar perfis contínuos com formas específicas. O primeiro estágio começa quando pellets de plástico são alimentados em um funil aquecido que gradualmente os derrete usando um parafuso sem-fim dentro de um cilindro em forma de barril chamado transportador de parafuso ou câmara de fusão. Esses plásticos derretidos são então empurrados para a frente por parafusos ou aríetes através de matrizes projetadas especificamente para esse propósito, dando origem a tubos, folhas, etc., durante o que pode ser descrito como um processo de fluxo extensional refinado.

As aplicações de extrusões de plástico são muitas, variando de materiais de embalagem, passando pela indústria da construção até o setor automobilístico, entre outros. Polietileno (PE), polipropileno (PP) e cloreto de polivinila (PVC) representam alguns termoplásticos comumente usados nesses processos, mas cada um tem seu próprio conjunto exclusivo de propriedades adequadas para aplicações específicas com base em requisitos impostos por condições externas, como mudanças de temperatura durante as operações ou escalas de tempo de exposição envolvidas antes que a falha ocorra devido à degradação, etc., portanto, leveza, durabilidade, custo-benefício necessários, especialmente porque são ambos - técnica de conformação de metal também!

Extrusão de borracha na indústria

Forçar o material de borracha através de uma matriz para dar-lhe forma é conhecido como extrusão de borracha, que se enquadra na categoria de processos críticos de fabricação. Este método usa princípios semelhantes aos aplicados em extrusões de plástico, onde a borracha bruta é aquecida e então forçada sob pressão por uma extrusora até que tome a forma desejada. Borrachas naturais, juntamente com suas contrapartes sintéticas, como silicones e neoprenes, são tipos comumente usados para fazer borrachas extrudadas devido à sua elasticidade e resistência ao desgaste, entre outras propriedades. Diferentes setores, incluindo as indústrias automotiva, aeroespacial e de construção, dependem de extrusões de borracha para vedações, juntas, mangueiras, etc., porque, sem essas coisas, elas não seriam capazes de funcionar corretamente. A única maneira de garantir que seus produtos sejam do mais alto padrão é por meio de medições precisas durante cada estágio da produção, daí a necessidade de precisão no processo de extrusão de borracha.

Como o processamento de alimentos é usado para extrusão?

Noções básicas de extrusão de alimentos

Extrusão de alimentos é um processo de fabricação que envolve a combinação de ingredientes, geralmente na forma de farinha, amidos e proteínas, para produzir formas e texturas desejadas usando uma extrusora em altas temperaturas e pressões. Este método de cozimento ajuda a cozinhar, moldar e texturizar alimentos como salgadinhos, massas e alimentos para animais de estimação. A precisão conta na extrusão de alimentos, pois afeta a consistência do produto final, o valor nutricional e a textura, garantindo assim a uniformidade na produção em massa. Especificidades como temperatura, pressão ou teor de umidade devem ser levadas em consideração ao se buscar resultados ideais durante um procedimento de extrusão.

Cozimento por extrusão e seus benefícios

O cozimento por extrusão se refere a um processo em que as características dos alimentos são melhoradas por meio de mudanças de textura causadas pela exposição a altas temperaturas, juntamente com a pressão dentro de uma extrusora; isso destaca o quão importantes as forças de cisalhamento podem ser. Ele permite a gelatinização do amido e a desnaturação da proteína, entre outras coisas, como diferentes aditivos sendo incorporados. Ele torna as refeições facilmente digeríveis, ao mesmo tempo em que melhora seus perfis nutricionais, além de permitir a criação de sabores, formas, etc. exclusivos. Para garantir uniformidade na qualidade durante todo o processo de cozimento, a velocidade do parafuso deve ser mantida constante durante cada execução; caso contrário, ajustada de acordo com os padrões definidos. Por exemplo, a temperatura não deve variar mais do que 5 graus Celsius em nenhum momento, os níveis de umidade relativa precisam ficar entre 30% - 40%, dependendo do tipo de produto alvo.

Aplicações na produção de alimentos para animais de estimação

Muitos benefícios estão associados ao uso da técnica de extrusão na produção de rações para animais, incluindo maiores taxas de digestibilidade para que mais nutrientes possam ser absorvidos em seus corpos, melhorando assim as condições de saúde em geral, mas também maiores níveis de disponibilidade onde a maioria, se não todos os componentes, se tornarão biologicamente úteis após o consumo, levando assim a melhores resultados de desempenho em relação à taxa de eficiência de utilização do valor biológico, etc. Além disso, os animais de estimação gostam de produtos diferentes; portanto, os fabricantes precisam garantir que esses itens sejam visualmente atraentes, especialmente durante esta fase, porque determina se as criaturas comerão ou não. Igualmente importante é o monitoramento preciso dos parâmetros de extrusão, como temperatura, que deve ser definida entre 80 graus Celsius - 180 graus Celsius, dependendo do efeito desejado; teor de umidade variando de 15%-20% de umidade relativa; controle de velocidade da taxa de alimentação, entre outros para manter o valor nutricional intacto durante todo o período de armazenamento, bem como atingir a preferência de sabor desejada, ao mesmo tempo em que atende aos requisitos dietéticos específicos para animais.

Quais são algumas aplicações de fabricação em extrusão?

Explorando produtos extrudados

Produtos que são extrudados podem ser usados em muitas indústrias diferentes, como alimentos, plásticos e têxteis. Por exemplo, a extrusão é usada para produzir salgadinhos como batatas fritas, cereais matinais como flocos de milho ou ração para animais de estimação, onde a mesma textura precisa ser alcançada todas as vezes. A fabricação de plástico também usa esse método: tubos podem ser feitos extrudando-os em forma, enquanto filmes precisam manter sua integridade durante o alongamento, então a temperatura deve ser cuidadosamente controlada; folhas requerem distribuição uniforme de pressão em todo o seu comprimento, etc. - todas essas coisas exigem muita atenção às temperaturas e pressões durante a produção. A indústria têxtil também depende da extrusão ao fazer fibras sintéticas de polímeros, o que demonstra o quão versátil essa tecnologia pode ser. Para que uma gama tão ampla de propriedades seja possível com diferentes materiais, são necessárias configurações de precisão em uma extrusora.

Extrusão em processos de conformação de metais

Os processos de conformação de metais que utilizam extrusão deformam peças de metal em formas desejadas com seções transversais definidas por matrizes; controle rigoroso sobre temperatura, geometria de projeto e velocidade do processo são alguns dos principais fatores necessários se as propriedades mecânicas desejadas ou precisão dimensional devem ser alcançadas, garantindo assim padrões de fabricação de qualidade durante as execuções de produção, principalmente para peças do setor automotivo que podem exigir maiores relações resistência-peso em relação aos componentes da indústria aeroespacial, onde materiais de menor densidade, como ligas de alumínio, podem ser suficientes sem comprometer os níveis de resistência, ao mesmo tempo em que atendem aos regulamentos de segurança estipulados em vários códigos de construção aplicáveis nacional/internacionalmente. Isso significa que quaisquer erros cometidos em qualquer estágio podem ser muito caros; portanto, compensa muito quando tudo dá certo na primeira vez.

Como o processo de extrusão é usado na produção de plástico

O processo de produção de plástico conhecido como "extrusão" envolve derreter pellets de plástico bruto e, em seguida, empurrá-los através de uma abertura moldada chamada matriz para que saiam do outro lado continuamente formados em uma peça longa - em vez de cortá-la em comprimentos menores, como com outros métodos, como moldagem por injeção, onde os objetos são feitos pelo resfriamento do material fundido após injetá-lo sob pressão em moldes. Esta forma contínua pode ser qualquer coisa, desde folhas planas (por exemplo, filme plástico), tubos redondos, barras quadradas, etc., mas seja qual for sua forma, precisa haver uniformidade em toda a extensão, caso contrário, algumas partes esfriariam mais rápido do que outras, resultando em variações de espessura que poderiam enfraquecer o produto final. Por esse motivo, o controle de temperatura ao longo de todo o comprimento deve permanecer constante durante o processo de extrusão; da mesma forma, a pressão dentro do sistema também deve permanecer consistente; caso contrário, podem ocorrer taxas de fluxo irregulares, causando defeitos como bolhas de ar presas entre as camadas, o que pode levar à delaminação - descascamento na interface entre diferentes regiões dentro do produto plástico solidificado.

Fontes de referência

Extrusão

Metal

Aço

Perguntas frequentes (FAQ)

P: Qual é o processo de extrusão na fabricação moderna?

R: A técnica autoevidente de construção se refere a um ato ou processo de forçar algo para fora através de uma abertura estreita. Isso é feito aplicando pressão, geralmente em apenas um lado, forçando assim o material que está sendo trabalhado a passar por uma abertura ou matriz com um formato transversal que se aproxima do que é desejado para o produto final. É comumente usado com metais, mas também pode funcionar bem com plásticos e outros materiais.

P: Como ocorre o processo de extrusão?

R: O processo funciona comprimindo metal aquecido ou não aquecido em um formato específico. Quando falamos sobre conformação a frio, significa trabalhar em temperatura ambiente, enquanto conformação a quente envolve trabalhar em temperaturas abaixo do calor vermelho, embora às vezes esse termo possa ser usado de forma intercambiável com trabalho a quente, que se refere especificamente ao aquecimento antes que a deformação ocorra. As peças são então forçadas através de matrizes sob alta pressão até que assumam suas formas finais, que podem ter perfis diferentes dependendo do que foi pretendido durante o estágio de design.

P: Que tipos de processos de extrusão são comumente usados?

R: Existem vários métodos que podem ser empregados na execução de extrusões, como extrusão a quente, extrusão a frio, extrusão por parafuso, extrusão por parafuso duplo, extrusão por fricção e extrusões perfiladas, entre outros, cada um com suas próprias áreas de aplicação exclusivas dentro da indústria de manufatura.

P: Como funciona a extrusão a quente?

R: Eles começam aquecendo os metais até que fiquem macios o suficiente para não exigir força excessiva durante as operações de moldagem, onde depois esses materiais serão passados por matrizes moldadas correspondentes para atingir os produtos finais desejados com seções transversais fixas.

P: O que é extrusão a frio e quando ela é usada?

R: A conformação a frio é frequentemente realizada perto de temperaturas ambientes porque isso causa menos oxidação, o que pode enfraquecer peças feitas de certas ligas como aço, etc. Além das características de acabamento de superfície melhoradas obtidas por meio da conformação a frio, também surgem melhores propriedades mecânicas devido ao refinamento do grão, que sua ocorrência traz consigo também. Esses benefícios normalmente não são vistos ao usar outros métodos, como trabalho a quente ou fundição, uma vez que esses processos envolvem temperaturas mais altas, onde os metais tendem a perder suas microestruturas benéficas.

P: Qual é a finalidade do equipamento de extrusão no processo de fabricação?

R: Uma máquina extrusora é necessária para que cada operação de extrusão ocorra. Ela é composta por uma prensa, matriz e componentes auxiliares que garantem que o tarugo seja aquecido adequadamente antes de ser forçado através da matriz para atingir as formas desejadas.

P: O que é extrusão de parafuso em processos de extrusão?

R: Os sistemas do tipo parafuso usam parafusos rotativos dentro de um invólucro cilíndrico que empurram os materiais para a frente, fazendo com que entrem em contato com uma abertura ou série delas até que finalmente saiam como produtos acabados com dimensões predeterminadas, enquanto as configurações de parafuso duplo ajudam a misturar vários constituintes uniformemente durante os estágios de produção de plástico, entre outros, como compostos de borracha, etc.

P: Qual é a diferença entre extrusão convencional e extrusão por fricção?

R: O processo convencional aplica pressão direta no material, forçando-o através das matrizes, enquanto o calor de atrito gerado pela ação de fricção entre as peças de trabalho que estão sendo moldadas juntas leva ao seu amolecimento, tornando-as mais fáceis de moldar sem a aplicação de forças adicionais, como aquelas usadas durante operações de prensagem típicas, onde placas de metal são comprimidas entre duas bigornas pesadas, por exemplo.

P: Que tipos de produtos podem ser feitos usando o processo de extrusão?

R: As extrusões têm sido amplamente utilizadas ao longo dos anos, permitindo que os fabricantes produzam uma grande variedade de itens, incluindo tubos, canos, chapas, hastes, perfis, etc., feitos de metais como alumínio, latão, bronze, cobre, aço, aço inoxidável, titânio, zinco, níquel, prata, ouro, platina, paládio, polímeros como polietileno, polipropileno, poliestireno, acrílico, PVC, ABS, Nylon 6/6, Teflon, PTFE, Delrin, copolímero acetal, etc.; compósitos compostos por fibra de vidro, fibra de carbono, Kevlar, tecido de aramida, resinas epóxi reforçadas, compensados, laminados, termofixos, termoplásticos, etc.

P: Qual a importância da taxa de extrusão no processo de extrusão?

A: A proporção da área da seção transversal do tarugo para a de uma extrusão final determina quanta força é necessária para empurrar através das matrizes. Também afeta o consumo de energia e propriedades mecânicas, como dureza de resistência à tração, ductilidade etc., que são desejadas de materiais extrudados